[发明专利]一种多孔道中空碳纳米球复合电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔道中空碳纳米球复合电极材料的制备方法，主要的技术方案是；通过将SiO₂多孔微球作为模板，将对苯二酚、对苯二甲醛等发生聚合反应制得多孔道中空碳纳米球复合材料，并通过熔融扩散法对多孔道中空碳纳米球复合材料进行充硫复合，得到多孔中空碳球/S复合电极材料。本发明制备的多孔道中空碳纳米球复合电极材料，其中空结构可以为锂硫电池中单质硫在充放电过程中的体积应变提供缓冲空间，有利于增强锂硫电池正极片的导电性，这种缓冲空间在一定程度上降低了单质硫体积变化而引起的电极结构变化，进而有利于提高锂硫电池的容量保持率。

技术领域

本发明涉及锂硫离子电池技术领域，具体而言，涉及一种多孔道中空碳纳米球复合电极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为轻便环保、高能量密度的可充电二次电池已在社会各行各业中得到广泛应用。但与此同时，便携式电子设备、能源、通信、交通、军事、航天等领域的迅速发展对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的应用要求。而现有的商业化锂离子电池限于其正极材料本身的理论比容量，能量密度有限，暂时无法满足这些要求。近年来，锂硫电池以其高达1675mAh/g的理论比容量、2600Wh/kg的理论比能量(与金属锂组成电池)成为研究热点，其理论比容量比目前商用锂电池高出约一个数量级。同时，硫具有储量丰富、无毒环保等特点，具有极高的应用潜力。锂硫电池的研究从20世纪70年代开始，在几十年中取得了许多理论和实际应用上的进展。然而，锂硫电池仍存在许多较难解决的技术难题和不足之处，容量保持率较低的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种多孔道中空碳纳米球复合电极材料的制备方法，旨在解决现有锂硫电池容量保持率较低的问题。

具体地，本发明提出了一种多孔道中空碳纳米球复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温下，将SiO₂模板分散至去离子水和乙醇的混合溶液中，随后加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌均匀；将对苯二甲醛和对苯二酚加入上述悬浮液中，继续搅拌一段时间后，加入氨水，持续搅拌一段时间后对产物进行离心、洗涤、并在第一预设温度下干燥一段时间后，将产物以预设升温速率升温至一定温度，碳化一段时间后，刻蚀、离心并洗涤至中性，在第二预设温度下干燥一段时间，制得多孔道中空碳纳米球复合材料。氨水的加入，能使混合体系呈碱性，有利于对苯二甲醛和对苯二酚充分的反应。去离子水和乙醇的混合溶液中，两者体积比为(1～1.5):(1～1.5)；优选为1:1。

具体而言，该步骤中，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂能将SiO₂模板均匀的分散在去离子水和乙醇的混合溶液中。

具体实施时，SiO₂模板、对苯二甲醛、对苯二酚和氨水的质量比可以为(1～1.2):(2～3):(2～3):(0.5～0.75)；优选为1:2:2:0.6。

SiO₂模板的制备过程可以如下:将乙醇与去离子水混合，加入正硅酸乙酯，搅拌至溶液均一稳定后，缓慢加入氨水，继续搅拌一段时间，将产物离心、干燥，制得SiO₂模板。这样的加入顺序,可以防止反应物正硅酸乙酯与氨水反应不够充分而发生络合反应产生沉淀。

具体而言，正硅酸乙酯、乙醇、去离子水和氨水的体积比可以为(6～6.15)：(70～80)：(10～12)：(3.10～3.20)，优选为6：75：10：3.15。该步骤中，分离产物时，可以选用高速离心机进行分离，将分离得到的产物分别用去离子水和乙醇进行洗涤，对产物进行干燥的温度可以优选为(50～55)℃，例如55℃；干燥的时间可以为(12-14)h，例如14h。制得的SiO₂多孔微球模板的粒径为(200-400)nm，例如300nm。该步骤中，室温可以根据具体的外界环境来确定，一般可以为20～25℃，此处不做任何限定。