一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及現(xiàn)代電池工業(yè)，具體涉及一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋰二次電池中，單質(zhì)硫正極具有1672mAh / g的的理論比容量，能量密度高達(dá)2600ffh / kg，在已知的鋰二次電池正極材料中為最高。并且單質(zhì)硫具有價(jià)格低廉、產(chǎn)量豐富、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為最具有發(fā)展前景的鋰二次電池正極材料。但是，單質(zhì)硫的導(dǎo)電性能差，以純硫?yàn)檎龢O組裝的電池，其內(nèi)阻較大，阻礙電子的傳輸，使得活性物質(zhì)的利用率降低。且反應(yīng)中的放電產(chǎn)物多硫化鋰易溶于電解液，使得電解液的電導(dǎo)率及活性物質(zhì)的利用率降級(jí)，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能差。研究者們往往向硫電極中加人多孔碳材料，多孔碳材料可吸附硫及其中間產(chǎn)物，并且克服了硫材料本身不導(dǎo)電的弊端，從而使硫材料的電極反應(yīng)平穩(wěn)地進(jìn)行，大大提高了電池的循環(huán)性能。當(dāng)前，有不少研究者選用有序介孔碳、碳納米管等作為碳/硫正極用碳材料，在首次充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性上都取得了不小的突破，可是，這些碳材料制備工藝較復(fù)雜，成本較高，限制了其工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提出一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，包括以下步驟:
步驟1:玉米芯活性炭的制備:
(1)用18目的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩后的玉米芯用70%濃磷酸以2.5浸潰比于100°C下浸潰18h后放入石英槽并置于陶瓷管內(nèi)；
(2)將氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)到40cm3/ min,并以10°C / min的升溫速度加熱到活化溫度,在該溫度下保溫2h ；
(3)活化結(jié)束后停止加熱，繼續(xù)通氮?dú)庵翣t內(nèi)溫度降至室溫，將產(chǎn)品取出用10%的鹽酸在90°C下浸泡30min ；
(4)用雙層濾紙將液體進(jìn)行抽濾，并用大量蒸餾水沖洗，使其pH值達(dá)到7，轉(zhuǎn)入研缽中干燥24h ；
(5)將制備的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾，然后將樣品轉(zhuǎn)入試樣瓶或袋中備用。
[0005]步驟2:碳/硫正極復(fù)合材料的制備:
(1)將升華硫和玉米芯活性炭按3:1質(zhì)量比混合，將其充分研磨且混合均勻，混合物裝入密封反應(yīng)釜中，將密封的反應(yīng)釜置于箱式電阻爐中升溫至150°C、并保持5 h，然后升溫至300°C、保持3 h，最后自然冷卻至室溫，得到碳/硫黑色粉末；
(2)將所制得的硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯混合，將材料研磨3h ；將研磨后的混合物加NMP，攪拌30 min制成具有一定黏度的漿液，將漿液均勻涂覆在20um厚的鋁箔集流體上；將涂過(guò)的鋁箔在室溫條件下自然晾干后送往真空干燥箱40°C下干燥2h，再升溫到80°C，干燥12 h;干燥完畢后，用14_皮帶沖將其沖成14 _的圓片并壓片。
[0006]步驟3:電池的組裝:
將上述制備的復(fù)合材料正極片為正極，金屬鋰片為負(fù)極，Celgard2300聚丙烯微孔膜為隔膜，注入濃度為lmol / L的雙三氟甲基磺酸酰亞胺鋰，溶劑為乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊環(huán)(DOL)的電解液，在充滿(mǎn)干燥氬氣的手套箱中組裝2016型扣式電池。
[0007]優(yōu)選地，所述的硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯的混合比例為8:1:1。
[0008]或者優(yōu)選地，其特征在于:所述的溶劑中乙二醇二甲醚(DME)+1與3- 二氧戊環(huán)電解液的體積比為1:1。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
本發(fā)明以玉米芯為原料，采用磷酸活化法制備了具有高比表面積的玉米芯活性炭，與單質(zhì)硫進(jìn)行熔融復(fù)合制得的碳/硫復(fù)合正極材料表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。以硫/玉米芯活性炭復(fù)合材料為正極，鋰為負(fù)極的鋰硫電池在0.2 mA / Cm2的電流下首次放電比容量高達(dá)761.2mAh / g，循環(huán)20次后放電比容量仍有683.2mAh / g，容量保持率達(dá)89.75 %。同時(shí)玉米芯活性炭廉價(jià)易得，碳材料及復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化應(yīng)用，具有一定發(fā)展前景。
【具體實(shí)施方式】
[0010]一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，包括以下步驟:
步驟1:玉米芯活性炭的制備:
(1)用18目的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩后的玉米芯用70%濃磷酸以2.5浸潰比于100°C下浸潰18h后放入石英槽并置于陶瓷管內(nèi)；
(2)將氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)到40cm3/ min,并以10°C / min的升溫速度加熱到活化溫度,在該溫度下保溫2h ；
(3)活化結(jié)束后停止加熱，繼續(xù)通氮?dú)庵翣t內(nèi)溫度降至室溫，將產(chǎn)品取出用10%的鹽酸在90°C下浸泡30min ；
(4)用雙層濾紙將液體進(jìn)行抽濾，并用大量蒸餾水沖洗，使其pH值達(dá)到7，轉(zhuǎn)入研缽中干燥24h ；
(5)將制備的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾，然后將樣品轉(zhuǎn)入試樣瓶或袋中備用。
[0011]步驟2:碳/硫正極復(fù)合材料的制備:
(1)將升華硫和玉米芯活性炭按3:1質(zhì)量比混合，將其充分研磨且混合均勻，混合物裝入密封反應(yīng)釜中，將密封的反應(yīng)釜置于箱式電阻爐中升溫至150°C、并保持5 h，然后升溫至300°C、保持3 h，最后自然冷卻至室溫，得到碳/硫黑色粉末；
(2)將所制得的硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯混合，將材料研磨3h ；將研磨后的混合物加NMP，攪拌30 min制成具有一定黏度的漿液，將漿液均勻涂覆在20um厚的鋁箔集流體上；將涂過(guò)的鋁箔在室溫條件下自然晾干后送往真空干燥箱40°C下干燥2h，再升溫到80°C，干燥12 h;干燥完畢后，用14_皮帶沖將其沖成14 _的圓片并壓片。
[0012]步驟3:電池的組裝:
將上述制備的復(fù)合材料正極片為正極，金屬鋰片為負(fù)極，Celgard2300聚丙烯微孔膜為隔膜，注入濃度為lmol / L的雙三氟甲基磺酸酰亞胺鋰，溶劑為乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊環(huán)(DOL)的電解液，在充滿(mǎn)干燥氬氣的手套箱中組裝2016型扣式電池。
[0013]其中，硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯的混合比例為8:1:1。溶劑中乙二醇二甲醚(DME)+1與3-二氧戊環(huán)電解液的體積比為1:1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:玉米芯活性炭的制備: (1)用18目的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩后的玉米芯用70%濃磷酸以2.5浸潰比于100°C下浸潰18h后放入石英槽并置于陶瓷管內(nèi)； (2)將氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)到40cm3/ min,并以10°C / min的升溫速度加熱到活化溫度,在該溫度下保溫2h ； (3)活化結(jié)束后停止加熱，繼續(xù)通氮?dú)庵翣t內(nèi)溫度降至室溫，將產(chǎn)品取出用10%的鹽酸在90°C下浸泡30min ； (4)用雙層濾紙將液體進(jìn)行抽濾，并用大量蒸餾水沖洗，使其pH值達(dá)到7，轉(zhuǎn)入研缽中干燥24h ； (5)將制備的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾，然后將樣品轉(zhuǎn)入試樣瓶或袋中備用； 步驟2:碳/硫正極復(fù)合材料的制備: (1)將升華硫和玉米芯活性炭按3:1質(zhì)量比混合，將其充分研磨且混合均勻，混合物裝入密封反應(yīng)釜中，將密封的反應(yīng)釜置于箱式電阻爐中升溫至150°C、并保持5 h，然后升溫至300°C、保持3 h，最后自然冷卻至室溫，得到碳/硫黑色粉末； (2)將所制得的硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯混合，將材料研磨3h ；將研磨后的混合物加NMP，攪拌30 min制成具有一定黏度的漿液，將漿液均勻涂覆在20um厚的鋁箔集流體上；將涂過(guò)的鋁箔在室溫條件下自然晾干后送往真空干燥箱40°C下干燥2h，再升溫到80°C，干燥12 h;干燥完畢后，用14_皮帶沖將其沖成14 _的圓片并壓片； 步驟3:電池的組裝: 將上述制備的復(fù)合材料正極片為正極，金屬鋰片為負(fù)極，Celgard2300聚丙烯微孔膜為隔膜，注入濃度為lmol / L的雙三氟甲基磺酸酰亞胺鋰，溶劑為乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊環(huán)(DOL)的電解液，在充滿(mǎn)干燥氬氣的手套箱中組裝2016型扣式電池。
2.如權(quán)利要求1一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，其特征在于:所述的硫/碳復(fù)合材料粉末與超級(jí)導(dǎo)電炭、聚偏氟乙烯的混合比例為8:1:1。
3.如權(quán)利要求1一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，其特征在于:所述的溶劑中乙二醇二甲醚(DME)+1與3-二氧戊環(huán)電解液的體積比為1:1。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及現(xiàn)代電池工業(yè)，具體涉及一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法。一種以碳/硫復(fù)合正極材料為正極的電池的制備方法，包括以下步驟：玉米芯活性炭的制備；碳／硫正極復(fù)合材料的制備；以及電池的組裝。本發(fā)明以玉米芯為原料，采用磷酸活化法制備了具有高比表面積的玉米芯活性炭，與單質(zhì)硫進(jìn)行熔融復(fù)合制得的碳／硫復(fù)合正極材料表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。以硫／玉米芯活性炭復(fù)合材料為正極，鋰為負(fù)極的鋰硫電池在0.2mA/cm2的電流下首次放電比容量高達(dá)761.2mAh/g，循環(huán)20次后放電比容量仍有683.2mAh/g，容量保持率達(dá)89.75％。同時(shí)玉米芯活性炭廉價(jià)易得，碳材料及復(fù)合材料制備工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)化應(yīng)用，具有一定發(fā)展前景。
【IPC分類(lèi)】H01M4-139, H01M4-58
【公開(kāi)號(hào)】CN104638264
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410711399
【發(fā)明人】李立珺
【申請(qǐng)人】李立珺
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年12月1日