[发明专利]用于锂硫电池的改性薄壁多级孔碳的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种制备用于可充锂电池的负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1.1)按质量比1∶0.5～9将改性薄壁多级孔碳与金属锂粉混合均匀，加热至200℃保温2h，完成载锂过程；冷却后，得到改性碳包覆锂材料；

(1.2)将改性碳包覆锂材料置于反应釜内，通入CO₂或N₂气；在25℃条件下反应10～60min，得到后处理改性碳包覆锂材料，作为锂硫电池的负极材料；

所述改性薄壁多级孔碳的制备方法包括以下步骤：

(2.1)按过渡金属与硫脲的摩尔比1∶2～4，将过渡金属溶液加入硫脲溶液中，搅拌2h，得到配位化合物溶液；

(2.2)将葡萄糖溶液加入配位化合物溶液中，85℃下充分搅拌并调节pH值为1；聚合反应45分钟后，当液体粘度明显增大且颜色变为红棕色时，加入氯化钠溶液终止聚合；冷却后得到过渡金属配位的葡萄糖硫脲预聚体与氯化钠的混合溶液，将其滴入液氮中进行闪冻，得到球形颗粒；冷冻真空干燥24小时后，得到前驱体；

(2.3)将前驱体置于管式炉中，在N₂气氛保护下升温至160℃，保温2h进行预聚体的充分聚合；再升温至700～900℃，保温2h完成碳化；随炉冷却后研磨粉碎，用去离子水清洗、过滤、真空干燥后，得到改性薄壁多级孔碳。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡金属是下述元素中的任意一种：Co、Ni、Sn、Fe、Cu或Zn，所述过渡金属溶液是以过渡金属的硝酸盐、硫酸盐或氯化物制得。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2.1)和(2.2)中进一步包括：将硫脲溶解于其4倍质量的去离子水中得到硫脲溶液；将过渡金属盐溶解于其10倍质量的去离子水中得到过渡金属溶液；将一水葡萄糖溶解于等质量的去离子水中得到葡萄糖溶液；葡萄糖与硫脲的摩尔比为1∶1；将氯化钠溶解于其4倍质量的去离子水中得到氯化钠溶液，氯化钠的摩尔数是葡萄糖摩尔数的1～10倍。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2.2)中通过滴加10wt％盐酸溶液调节pH值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2.3)中的两次升温的速率均为10℃min^-1。

6.利用权利要求1所述方法制备获得的负极材料进一步制备锂负极的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按质量比80∶10∶10将负极材料、乙炔黑与聚偏氟乙烯混合，研磨后加入N-甲基吡咯烷酮，继续机械混合30分钟，调制成膏状；

(2)将膏状混合物涂敷到铜膜上，60℃下真空干燥24小时；在100Kg cm^-2的压力下压制成型，得到锂负极。

7.利用权利要求6所述方法制备获得的锂负极组装而成的锂硫电池，包括隔膜、正极、负极和电解液，其特征在于，所述负极是利用改性薄壁多级孔碳制备获得的锂负极；正极材料和负极材料分别相向设置在隔膜两侧，形成三明治结构，电解液内置在三明治结构中；

所述隔膜采用微孔聚丙烯膜；

所述电解液是以LiClO₄为溶质，以二氧戊环和乙二醇甲醚的混合物为溶剂，且二氧戊环和乙二醇甲醚的体积比为1∶1，一升电解液中含1摩尔LiClO₄。

8.根据权利要求7所述的锂硫电池，其特征在于，所述正极是将正极材料、乙炔黑与聚偏氟乙烯按质量比80∶10∶10混合，研磨后加入N-甲基吡咯烷酮，机械混合30分钟，调制成膏状；将膏状混合物涂敷到铝膜上，60℃下真空干燥24小时；在100Kg cm^-2的压力下压制成型，得到作为正极的硫电极；

所述正极材料是碳包覆硫材料，是将权利要求1制备获得的改性薄壁多级孔碳与硫磺混合均匀，控制硫含量为70～90wt％；然后加热至155℃，保温2h以完成载硫，冷却后得到碳包覆硫材料。