[发明专利]一种锂硫电池负极生物碳材料的制备方法

说明书

一种锂硫电池负极生物碳材料的制备方法，将蒲公英加入水中，然后向其中加入浓酸反应后稀释至中性过滤，干燥得到产物C；在产物C中加入浓硫酸和水，置于水热反应釜中反应溶液D，将溶液D稀释至中性过滤，干燥得产物E；将产物上均匀铺上一层导电石墨，在管式炉内加热反应得到产物F；将产物F冲洗，抽滤，烘干，得到产物G；将产物G与硫粉混合得混合物H；将混合物H置于管式炉内升温反应得生物碳负极材料。本发明以蒲公英作为生物质原料，采用先混合酸预浸泡，后水热法制备生物碳前驱物，在后期活化中控制活化时间，调控得到适宜储硫的生物碳材料，将其应用于锂硫电池，提升其电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池负极材料的制备方法，具体涉及一种锂硫电池负极生物碳材料的制备方法。

背景技术

便携式电子设备的发展对于先进能源存储的需求越来越迫切。先进能源系统的快速发展要求材料必须具备低成本、长寿命、安全性强、高能量、大功率、环境友好等优点。锂硫电池可以较好地将上述特点结合起来，在未来的高能量(2500Whkg^-1)存储系统中具有较好的应用前景。在高能量密度的锂硫电池中，硫的理论容量为1672mAh·g^-1，锂金属负极的理论容量为3860mAh·g^-1。充放电过程中，锂离子从锂金属电极中产生，通过电解液扩散到硫电极，电子从外电路流动，在阴极处产生最终的放电产物Li₂S。然而，锂硫电池的技术障碍限制了它的应用，比如循环周期短、负载硫的含量低。原因主要有以下几点：(1)由于在阳极和阴极中生成聚硫化物中间产物，形成聚硫化物的过程中产生复杂的组成和结构变化，聚硫化物极易在电解液中溶解造成容量损失，电极的循环稳定性差；(2)硫和放电产物Li₂S具有离子和电子绝缘性，降低了材料的导电性。(3)聚硫化物在阳极与阴极之间循环往复，造成活性材料的损失，库伦效率较低，金属电极表面发生钝化，产生绝缘产物Li₂S/Li₂S₂。(4)锂金属电极的损失主要由于表面的钝化和不稳定的固-液中间相的形成(SEI膜)，阻止了锂硫电池的长程循环稳定性。

近年来，大量的研究表明，上述问题可以通过引入硫-碳、硫-聚合物复合材料负极、新型电池体系、稳定锂金属负极等方法实现。研究结果主要包括：(1)引入新的电池组成材料和结构(负极、粘结剂、电解液和正极)。(2)Li-S氧化还原化学反应的机理研究。(3)在硫电极中引入导电基体(如：碳、聚合物、金属)。这种方法可以一定程度提升材料的导电性，但是其能量密度也会降低。对于新型电极结构的研究，主要包括采用硫-碳、硫-聚合物纳米复合材料、多孔聚硫化物存储、多孔集流体、粘结剂、自支撑复合电极、负极和分离器的层间距、聚硫化物阴极、表面涂层分离器、聚硫化物阴极、三明治阴极结构、锂金属保护和Li₂S活化。基于上述研究，未来锂硫电池的发展和应用仍然具有广泛的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，原料易得，能够提升其电化学性能的锂硫电池负极生物碳材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)取蒲公英2-8g洗涤后烘干，得到产物A；

2)在产物A中加入100mL水，然后向其中加入10-60mL的浓酸，用玻璃棒搅使其充分反应，得到溶液B；

3)将溶液B稀释至pH＝7，过滤，干燥得到产物C；

4)在产物C中加入1-5mL浓硫酸，45-49mL水，置于水热反应釜中在160-180℃，反应8-30h，得到溶液D；

5)将溶液D稀释至pH＝7，过滤，干燥得到产物E；

6)将产物E平铺于白色氧化铝瓷舟中，再在其上均匀铺上一层导电石墨，置于氩气气氛的管式炉内自室温以5-10℃/min的升温速率升温至1000℃，在1000℃反应0-10h，得到产物F；