CN103730641A - 一种碳硫复合正极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种碳硫复合正极材料，包括活性炭和硫，其特点在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫复合正极材料还掺杂有三氧化二钴。该复合正极材料可用于锂硫电池的正极，可以改善单质硫作为正极时锂硫电池的循环充放电性能，减少了锂硫聚合物的产生，避免锂硫不可逆的反应。

Description

一种碳硫复合正极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂硫电池领域，涉及一种用于锂硫电池的碳硫复合正极材料及其制备方法。
背景技术
便携式电子通信设备的发展对其所用的化学电源性能提出了更高的要求，尤其对电池的比能要求越来越高。作为锂离子电池的一种，锂/硫电池的理论比容量为1675 mAh/g，并且作为正极材料的单质硫具有来源丰富、价格便宜、对环境友好、电池安全性好等优点，因此锂硫电池被认为是下一代能提供高比能的最具潜力的电池体系。但是由于单质硫是典型的电子和离子绝缘体，还原过程产生的中间体多聚硫化物易溶于有机液态电解液，部分溶解的多聚硫化物扩散到达金属锂阳极表面与其发生自放电反应，加速锂的腐蚀，生成无序的Li2S2和Li2S为部分不可逆反应，这一系列的问题都导致电极活性物质利用率低和电池循环性能差。
发明内容
本发明的目的是解决现有单质硫作为正极材料时电池循环性能差的问题，提供一种碳硫复合正极材料及其制备方法。
本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：
一种碳硫复合正极材料，包括活性炭和硫，其特点在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫复合正极材料还掺杂有三氧化二钴。
上述碳硫复合正极材料的制备方法，包括：将活性炭与硫混合，在惰性气氛下，于120～300℃保温3～20小时，再将保温后得到的混合物与三氧化二钴颗粒混合研磨，得到所述碳硫复合正极材料。
进一步，所述活性炭与硫的质量比为1：（0.5～2）。
进一步，所述三氧化二钴颗粒与活性炭的质量比为1：1。
附图说明
图1为本发明所述C/S复合材料的电镜图。
图2为本发明所述C/S复合材料的充放电循环图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例做进一步详细说明。
实施例1
将活性炭（分析纯）和单质硫（分析纯）按1:1.3的质量比在球磨机中研磨均匀后，放入真空干燥箱中，冲入氩气约20min，以排除里面的空气，避免高温下硫被氧化。然后在流动的氮气气氛下，把活性炭与单质硫混合物加热到155℃左右，在此温度下保持10小时，然后再将温度升高到250度左右，在此温度下保持3h，再放入球磨罐球磨10h，得到黑色产物。
按三氧化二钴与活性炭质量比为1：1，将三氧化二钴颗粒与黑色产物充分研磨混合，均匀后，得到掺杂三氧化二钴的C/S复合材料。
电池性能的表征：将所得的复合材料与聚偏二氟乙烯（PVDF）按照质量比80: 10称量，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂调制成均匀浆状，涂布后进行烘干压片，裁片制成正极片，锂片作为负极片，1mol/L的LiPF6的EC/DNC（碳酸乙烯酯/碳酸丁烯酯，体积1:1）做为电解液，隔膜Celgard2300，组装成扣式电池。
图1是掺杂三氧化二钴后的C/S复合材料。从图中可清晰的看见三氧化二钴已经附着在单质硫的周围，并且通过碳的搭桥，进入之间的间隙。
图2为本发明所述C/S复合材料的充放电循环图。
对单质硫的正极材料电池和复合材料的电池分别进行循环特性测试。图中A样品为掺入三氧化二钴的C/S复合材料，B样品为未掺入三氧化二钴时的C/S复合材料，从图2可知，掺杂后，A样品比容量和循环性能得到提高，在10次循环后，未掺三氧化二钴的C/S复合材料的容量保持率80%，而掺有三氧化二钴的C/S复合材料的容量保持率仍有88%，掺入三氧化钴对C/S复合材料循环性能的提高有益。

Claims (4)

1.一种碳硫复合正极材料，包括活性炭和硫，其特征在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫复合正极材料还掺杂有三氧化二钴。
2.权利要求1所述碳硫复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将活性炭与硫混合，在惰性气氛下，于120～300℃保温3～20小时，再将保温后得到的混合物与三氧化二钴颗粒混合研磨，得到所述碳硫复合正极材料。
3.根据权利要求2所述碳硫复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述活性炭与硫的质量比为1：（0.5～2）。
4.根据权利要求2所述碳硫复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述三氧化二钴颗粒与活性炭的质量比为1：1。
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