[发明专利]一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法。该方法具体包括：以莲藕生物质为材料，先用清洗液将其洗涤干净，预碳化处理后再用氢氧化钾进行活化处理，之后置于管式炉中进行保温碳化得到多孔碳，将多孔碳和硫按照一定的质量比混合，然后研磨至粉末，将此粉末混合物放在真空烘箱中进行碳硫复合。最后将复合物放入六亚甲基四胺与硝酸镍的水溶液中，加热一段时间得到镍基氢氧化物包覆多孔碳硫复合材料。本发明采用的制备方法相对简单，成本低廉，有望得到性价比较高的锂硫电池。

技术领域

本发明属于电池正极材料技术领域，特别是涉及一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池具有超高的理论比容量(1675mA·h·g^-1)，其成本低廉、安全性高，是一种应用前景广阔的二次电池体系。然而，锂硫电池用的单质硫正极材料为绝缘材料(常温下电导率为5×10-30S·cm^-1)，在充放电过程中中间产物长链多硫化锂(Li₂Sn，4≤n≤8)易溶解在电解液中，在硫正极和锂负极之间发生穿梭效应，并与锂负极发生反应在电极表面形成绝缘和不溶解的Li₂S₂/Li₂S的沉积物，从而阻止了电子和离子的传输，致使其活性物质利用率较低且容量衰减快，极大地降低了其实际应用价值。

针对以上问题，研究人员从电解液的开发、负极的改变或修饰，正极的复合等方面开展了大量工作。其中单质硫与导电碳材料作为复合正极材料，是锂硫电池研究的重要方向之一。而多孔碳材料不仅具有良好的导电性、且具有大量的孔结构和较大的比表面积，能有效提高载流量和电池容量。另外，多孔碳较大的孔容可以缓冲循环过程中的体积膨胀，保证稳定的电极结构和优良的循环性能。

生物系统作为一个巨大的资源库，可为锂硫电池提供了丰富的多孔碳原料，中国发明申请，申请号为CN105742609A，公开了一种“水绵基生物质碳材料/纳米硫复合材料的制备方法”，该方法以水绵为材料，可制备出电学性能优越的碳硫复合材料。但是将该方法用在其他生物质上，尤其是材质本身远差于水绵的，其制备出的碳硫复合材料的电学性能往往不太理想。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法，该复合正极材料可以容纳硫在充放电过程中的体积变化，并且可以吸附多硫化物缓解穿梭效应，从而提高锂硫电池的循环稳定性，且本发明采用的制备方法相对简单，成本低廉，有望得到性价比较高的锂硫电池。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将莲藕洗净烘干；

步骤2，将经步骤1得到的莲藕，放入充满惰性气体的管式炉中进行碳化，得到生物质碳，之后将其研磨成粉末状；

步骤3，先按质量比为1：(1-8)：25分别称取经步骤2得到的粉末状生物质碳、氢氧化钾和去离子水，然后混合均匀，最后将混合液干燥；

步骤4，将步骤3干燥后得到的物质放入充满惰性气体的管式炉中进一步进行碳化，即得到莲藕为碳源的多孔碳；

步骤5，按质量比为(1-5):1分别称取升华硫与步骤4所述得到的多孔碳，混合研磨后并添加到二硫化碳溶液中，磁力搅拌均匀，形成混合粉料；

步骤6，将经步骤5得到的混合粉料烘干，得到源于莲藕的生物质多孔碳与硫的复合材料；

步骤7，将经步骤6得到的复合材料，六亚甲基四胺，硝酸镍，去离子水四者按质量比12:10:5:1置于烧杯混合，之后80-110℃油浴4-10h，反应结束经抽滤，即得到镍基氢氧化物包覆莲藕多孔碳制备锂硫电池复合正极材料。