CN104638251B - 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法 - Google Patents

基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104638251B
CN104638251B CN201510062298.3A CN201510062298A CN104638251B CN 104638251 B CN104638251 B CN 104638251B CN 201510062298 A CN201510062298 A CN 201510062298A CN 104638251 B CN104638251 B CN 104638251B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ketjen black
sulfur
lithium
sulfenyl
anode material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510062298.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104638251A (zh
Inventor
钱昕晔
沈湘黔
赵迪
习小明
周友元
廖达前
黄承焕
姚山山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Original Assignee
Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd filed Critical Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd
Priority to CN201510062298.3A priority Critical patent/CN104638251B/zh
Publication of CN104638251A publication Critical patent/CN104638251A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104638251B publication Critical patent/CN104638251B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm‑20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比≥1。本发明还公开了上述锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法：将科琴黑、表面活性剂、水与酸混合，形成溶液A；将含硫化合物和表面活性剂溶于水，形成溶液B；将溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.5‑1r/min，反应时间为10～20h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；将前驱体用超纯水洗至中性、过滤、烘干，即得到基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。本发明的锂硫电池硫基纳米正极材料成本低、容量大、寿命长。

Description

基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，尤其涉及一种基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法。
背景技术
电动汽车和便携式电子产品的飞速发展迫切需要开发更高能量密度的锂离子电池。但受正极材料比容量的限制，其比能量很难再有较大提高，而且依靠提高充电电压以增高比能量的途径将存在安全问题，因而发展新的正极材料系势在必行。锂硫(Li-S)电池是以锂为负极(理论比容量3860mAh/g)、硫为正极(理论比容量1675mAh/g)的一种新型电化学储能系统，理论比能量可达2600Wh/kg，远大于现阶段的商业化锂离子电池，且硫在地球上储量丰富、廉价、低毒或无毒的特点使该体系极具商业价值。虽然Li-S电池的硫正极材料理论比容量很高，但仍需解决很多问题。首先，硫电导率很低，在室温下约为5×10-30S/cm，作为电极材料时必须添加导电剂，因此会降低正极材料的能量密度；其次，电化学反应的中间产物多硫化锂易溶于电解液产生“穿梭效应”，降低硫的利用率和循环性能，且增加离子迁移阻力；同时，放电产物Li2S2和Li2S会在硫电极表面沉积，形成固体电解质相界面薄膜(SEI)，导致硫利用率和循环性能下降；再次，硫正极在充放电过程中造成的体积反复剧烈变化会造成电池结构不稳定，导致循环寿命和比容量衰减。
为了解决锂硫电池多硫化物穿梭效应、硫导电性差、体积膨胀这三个主要问题，近些年来，学术界主要考虑将导电多孔材料作为硫的载体，例如将多孔活性炭，碳纳米管，石墨烯等碳材料与硫复合。但是这些材料中，活性炭的孔径较大，比表面积较小，一方面硫在这种活性炭中的颗粒较大，利用率不高，另一方面大孔难以充分抑制多硫化物的穿梭效应。碳纳米管，石墨烯和一些实验室中合成的多孔碳材料如CMK-3等虽然其孔径较小，比表面积较大，在相关报道中呈现出较高的比容量及较好的循环性，但是这些材料的价格普遍较高，且制备工艺复杂，不利于锂硫电池的广泛应用。
因此，开发一种低成本、大容量、长寿命的锂硫电池硫基纳米正极材料，在可以商业化应用的前提下，提高硫的导电性，抑制多硫化物的穿梭效应，已是目前形势所迫。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低成本、大容量、长寿命的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，所述科琴黑孔径为2nm-20nm，所述硫纳米颗粒位于科琴黑孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比≥1。
上述的锂硫电池硫基纳米正极材料，优选的，所述科琴黑颗粒大小为30nm～100nm；科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将科琴黑、表面活性剂、超纯水与酸混合并分散均匀，形成溶液A；
(2)将含硫化合物和表面活性剂溶于水并分散均匀，形成溶液B；
(3)将所述溶液B通过蠕动泵逐滴加入所述溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.5-1r/min，反应时间为10～20h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤、烘干，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，酸为甲酸、乙酸、盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种；所述科琴黑的型号为EC300、EC600JD、ECP300和ECP600JD中的一种或几种。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、曲拉通和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，科琴黑、表面活性剂与水的质量比为0.1-0.4∶1-5∶100-500。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，含硫化合物为多硫化钠或硫代硫酸钠；含硫化合物和表面活性剂的质量比为0.5-5∶1-5。
上述的制备方法，优选的，所述含硫化合物和所述科琴黑的质量比为2-5∶0.1-0.4；所述酸与含硫化合物的摩尔比＞2。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中，分散过程为先进行超声分散，再进行磁力搅拌分散。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，反应过程中对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速控制为400r/min-1000r/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的基于科琴黑锂硫电池硫基纳米正极材料采用科琴黑为商业化导电剂，价格低廉，可以大大降低锂硫电池硫基纳米正极材料的成本；同时由于科琴黑比表面积高，孔径较小，因此硫的负载量大，且负载的硫颗粒较小，所制备的正极材料比容量高。
(2)本发明的基于科琴黑锂硫电池硫基纳米正极材料采用的科琴黑本身就是导电剂，材料的倍率性能好，经过吸附硫之后作为正极材料涂覆在集流体上可以不添加任何导电剂，进一步提高了材料的比容量。
(3)本发明的基于科琴黑锂硫电池硫基纳米正极材料制备方法针对酸与多硫化钠或硫代硫酸钠反应生成硫颗粒较大，不易被介孔材料吸附的缺点，使用了蠕动泵控制反应速度从而控制硫纳米颗粒生长速度，使其充分被科琴黑吸附。
(4)本发明的基于科琴黑锂硫电池硫基纳米正极材料制备方法操作简单，无需在密闭空间中通入惰性气体并加热熔融将硫负载在多孔碳材料中的复杂步骤。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的锂硫电池硫基纳米正极材料的扫描电镜图。
图2为本发明实施例1制备的锂硫电池硫基纳米正极材料的透射电镜图。
图3为本发明实施例1制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能曲线图。
图4为本发明实施例1制备的锂硫电池硫基纳米正极材料的倍率性能曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.28，科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g甲酸(浓度为98％)、0.2g科琴黑(型号为EC600JD)、2g十六烷基三甲基溴化铵和200ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将20ml浓度为0.2mol/L的Na2S3(其中Na2S3质量为0.568g)、2g十六烷基三甲基溴化铵和200ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.5r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在400r/min，反应时间为20h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
如图1为本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料的扫描电镜(SEM)照片图，图2为本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料的透射电镜(TEM)照片图，从图1及图2中看出制备的锂硫电池硫基纳米正极材料为颗粒状，科琴黑颗粒的大小在30-100nm之间，TEM照片中颜色较深的黑色区域为硫纳米颗粒，这些黑色区域分布于科琴黑颗粒中且没有明显的团聚现象，说明硫纳米颗粒基本被科琴黑孔道吸附，在科琴黑孔道中的分散性很好。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环测试结果如图3所示，循环50次后放电比容量仍达到850mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，如图4所示，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1127mAh/g。
实施例2：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.28；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g甲酸(浓度为98％)、0.2g科琴黑(型号为EC600JD)、4g聚乙二醇400和200ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将20ml浓度为0.2mol/L的Na2S3(其中Na2S3质量为0.568g)、4g聚乙二醇400和200ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.6r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在500r/min，反应时间为16h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到920mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1250mAh/g。
实施例3：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.6；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g甲酸(浓度为98％)、0.2g科琴黑(型号为EC600JD)、4g聚乙二醇400和200ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将2.4g的Na2S2O3·5H2O、4g聚乙二醇400和200ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.7r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在600r/min，反应时间为14h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到870mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1157mAh/g。
实施例4：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.28；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2g盐酸(浓度为37％)、0.2g科琴黑(型号为EC600JD)、2g曲拉通和200ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将20ml浓度为0.2mol/L的Na2S3(其中Na2S3质量为0.568g)、2g曲拉通和200ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.8r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在700r/min，反应时间为12h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到951mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1239mAh/g。
实施例5：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.6；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将3g盐酸(浓度为37％)、0.3g科琴黑(型号为EC600JD)、4g十六烷基三甲基溴化铵和300ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将3.6g的Na2S2O3·5H2O、4g十六烷基三甲基溴化铵和300ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.9r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在800r/min，反应时间为11h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到962mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1320mAh/g。
实施例6：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.28；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将2g乙酸(浓度为98％)、0.3g科琴黑(型号为EC600JD)、4g聚乙二醇400和300ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将30ml浓度为0.2mol/L的Na2S3(其中Na2S3质量为0.852g)、4g聚乙二醇400和300ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为1r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在900r/min，反应时间为10h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到836mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1108mAh/g。
实施例7：
一种本发明的基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料，包括硫纳米颗粒和科琴黑，科琴黑孔径为2nm-20nm，硫纳米颗粒位于科琴黑的孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比为1.6；科琴黑颗粒大小为30nm～100nm，科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
上述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1g乙酸(浓度为98％)、0.2g科琴黑(型号为EC600JD)、4g十六烷基三甲基溴化铵和200ml超纯水混合后，在400W超声功率下超声2h，再以400r/min的速度磁力搅拌使溶液分散均匀，形成溶液A；
(2)将2.4g Na2S2O3·5H2O、4g十六烷基三甲基溴化铵和200ml超纯水混合后在400W超声功率下超声2h后，再以400r/min的速度磁力搅拌均匀，形成溶液B；
(3)将上述溶液B通过蠕动泵逐滴加入溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为1r/min，在滴加过程中，对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速保持在1000r/min，反应时间为10h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤，在鼓风干燥箱中60℃烘6h，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料在0.1C下进行循环性能测试，循环50次后放电比容量仍达到833mAh/g，电池库伦效率高于90％。
对本实施例制备的锂硫电池硫基纳米正极材料进行倍率性能曲线测试，充放电倍率为0.1C时，首次放电比容量达到1097mAh/g。

Claims (6)

1.一种基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂硫电池硫基纳米正极材料包括硫纳米颗粒和科琴黑，所述科琴黑孔径为2nm-20nm，所述硫纳米颗粒位于科琴黑孔道内，硫基纳米正极材料中硫与科琴黑的质量比≥1，包括以下步骤：
(1)将科琴黑、表面活性剂、超纯水与酸混合并分散均匀，形成溶液A；其中，科琴黑、表面活性剂与水的质量比为0.1-0.4∶1-5∶100-500；
(2)将含硫化合物和表面活性剂溶于水并分散均匀，形成溶液B；其中，含硫化合物和表面活性剂的质量比为0.5-5∶1-5；所述含硫化合物和所述科琴黑的质量比为2-5∶0.1-0.4；所述酸与含硫化合物的摩尔比＞2；
(3)将所述溶液B通过蠕动泵逐滴加入所述溶液A中进行反应，蠕动泵的转速为0.5-1r/min，反应时间为10～20h，形成锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体；其中，反应过程中对溶液A进行磁力搅拌，磁力转子的转速控制为400r/min-1000r/min；
(4)将所述锂硫电池硫基纳米正极材料前驱体用超纯水洗至中性，然后过滤、烘干，即得到所述基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述科琴黑颗粒大小为30nm～100nm；科琴黑比表面积为800m2/g～1400m2/g。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，酸为甲酸、乙酸、盐酸、硝酸、硫酸、柠檬酸和草酸中的一种或几种；所述科琴黑的型号为EC300、EC600JD、ECP300和ECP600JD中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、曲拉通和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，含硫化合物为多硫化钠或硫代硫酸钠。
6.如权利要求1～5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，分散过程为先进行超声分散，再进行磁力搅拌分散。
CN201510062298.3A 2015-02-06 2015-02-06 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法 Active CN104638251B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510062298.3A CN104638251B (zh) 2015-02-06 2015-02-06 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510062298.3A CN104638251B (zh) 2015-02-06 2015-02-06 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104638251A CN104638251A (zh) 2015-05-20
CN104638251B true CN104638251B (zh) 2017-04-12

Family

ID=53216749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510062298.3A Active CN104638251B (zh) 2015-02-06 2015-02-06 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104638251B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106876699A (zh) * 2015-12-13 2017-06-20 中国科学院大连化学物理研究所 一种复合电极及其制备和应用
CN105529446A (zh) * 2016-01-20 2016-04-27 中南大学 一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法和应用
CN106058229B (zh) * 2016-08-11 2018-10-19 东莞市基泰新材料技术有限公司 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN109528755A (zh) 2017-08-10 2019-03-29 苏州魁星新材料科技有限公司 一种含纳米硫组合物及其应用
CN107706363A (zh) * 2017-08-22 2018-02-16 北京化工大学常州先进材料研究院 基于金属有机骨架的锂硫电池正极材料及制备方法
CN110061218B (zh) * 2019-04-28 2021-02-02 西安交通大学 一种磷酸锂包覆硫/碳复合材料及其制备方法和应用
CN114105202A (zh) * 2021-10-28 2022-03-01 河南工程学院 一种包覆改性锂硫电池高稳定性正极材料的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101953001A (zh) * 2008-03-12 2011-01-19 丰田自动车工程及制造北美公司 硫-碳材料
CN102127828A (zh) * 2011-01-25 2011-07-20 华南师范大学 多孔纳米碳纤维材料、锂电池正极材料和正极片

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101953001A (zh) * 2008-03-12 2011-01-19 丰田自动车工程及制造北美公司 硫-碳材料
CN102127828A (zh) * 2011-01-25 2011-07-20 华南师范大学 多孔纳米碳纤维材料、锂电池正极材料和正极片

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"锂硫电池正极S/C复合材料的制备方法与性能";徐寒雪等;《有色金属工程》;20141015;第15-18页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104638251A (zh) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104638251B (zh) 基于科琴黑的锂硫电池硫基纳米正极材料及其制备方法
CN106920964B (zh) 一种普鲁士蓝类钠离子电池正极材料及其制备方法
CN104201380B (zh) 一种具有片层结构的纳米Ni3S2材料的制备方法
CN103579583B (zh) 一种锂硫电池正极的制作方法
CN104078685B (zh) 聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯包覆的硫/多孔碳复合正极材料及其制备方法
CN103682274A (zh) 一种石墨烯/聚苯胺/硫复合材料及其制备方法
CN103165894B (zh) 石墨烯羟基锂复合材料及其制备方法和应用
CN105633360B (zh) 无定形态四氧化三铁/石墨烯气凝胶复合材料、制备方法及其应用
CN1960040A (zh) 大功率磷酸铁锂动力电池及其制作工艺
CN103346304A (zh) 一种用于锂二次电池负极的锡碳复合材料及其制备方法
CN109742324A (zh) 锂离子电池及其正极片及其制备方法
CN108321438B (zh) 全石墨锂硫电池及其制备方法
CN110459755A (zh) 一种硫/聚吡咯/石墨烯/碳纳米管复合薄膜、制备方法及其应用
CN107611374A (zh) 一种新型锂硫电池正极材料的制备方法
CN104852040B (zh) 一种高倍率锂离子电池的镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN107742701A (zh) 石墨烯‑二氧化钛气凝胶复合材料及其制备和应用
CN107293694A (zh) 多硫聚合物复合材料其制备方法与应用
CN104617254A (zh) 一种用于锂离子电池的复合负极材料
CN109786769B (zh) 一种碳载贵金属氧化物双功能催化剂及其制备方法和应用
CN109167034B (zh) 以三元材料为载体的锂硫电池复合正极材料及其制备方法
Mo et al. Strategies for stabilization of Zn anodes for aqueous Zn-based batteries: A mini review
CN107799700A (zh) 一种原位合成普鲁士蓝修饰的隔膜的制备方法及其应用
CN112635726A (zh) 一种膨润土基复合材料及其制备方法和应用
CN110416508B (zh) 一种静电自组装三维花状二硫化钴/MXene复合材料及其制备方法和应用
CN107293709A (zh) 还原氧化石墨烯@聚‑β‑环糊精@硫复合材料、制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant