CN104638264A - 一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及现代电池工业，具体涉及一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法。一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，包括以下步骤：玉米芯活性炭的制备；碳／硫正极复合材料的制备；以及电池的组装。本发明以玉米芯为原料，采用磷酸活化法制备了具有高比表面积的玉米芯活性炭，与单质硫进行熔融复合制得的碳／硫复合正极材料表现出了良好的电化学性能。以硫／玉米芯活性炭复合材料为正极，锂为负极的锂硫电池在0.2mA/cm2的电流下首次放电比容量高达761.2mAh/g，循环20次后放电比容量仍有683.2mAh/g，容量保持率达89.75％。同时玉米芯活性炭廉价易得，碳材料及复合材料制备工艺简单，适合工业化应用，具有一定发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及现代电池工业，具体涉及一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法。
背景技术
在锂二次电池中，单质硫正极具有l672mAh／g的的理论比容量，能量密度高达2600Wh／kg，在已知的锂二次电池正极材料中为最高。并且单质硫具有价格低廉、产量丰富、对环境友好等优点，使其成为最具有发展前景的锂二次电池正极材料。但是，单质硫的导电性能差，以纯硫为正极组装的电池，其内阻较大，阻碍电子的传输，使得活性物质的利用率降低。且反应中的放电产物多硫化锂易溶于电解液，使得电解液的电导率及活性物质的利用率降级，导致电池的循环性能差。研究者们往往向硫电极中加人多孔碳材料，多孔碳材料可吸附硫及其中间产物，并且克服了硫材料本身不导电的弊端，从而使硫材料的电极反应平稳地进行，大大提高了电池的循环性能。当前，有不少研究者选用有序介孔碳、碳纳米管等作为碳／硫正极用碳材料，在首次充放电性能和循环稳定性上都取得了不小的突破，可是，这些碳材料制备工艺较复杂，成本较高，限制了其工业化生产和应用。
发明内容
本发明旨在提出一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法。
本发明的技术方案在于：
一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：玉米芯活性炭的制备：
（1）用18目的标准筛过筛后的玉米芯用70％浓磷酸以2.5浸渍比于100℃下浸渍18h后放入石英槽并置于陶瓷管内；
（2）将氮气流量调节到40cm3／min，并以10℃／min的升温速度加热到活化温度，在该温度下保温2h；
（3）活化结束后停止加热，继续通氮气至炉内温度降至室温，将产品取出用10％的盐酸在90℃下浸泡30min；
（4）用双层滤纸将液体进行抽滤，并用大量蒸馏水冲洗，使其pH值达到7，转入研钵中干燥24h；
（5）将制备的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目标准筛过滤，然后将样品转入试样瓶或袋中备用。
步骤2：碳／硫正极复合材料的制备：
（1）将升华硫和玉米芯活性炭按3：1质量比混合，将其充分研磨且混合均匀，混合物装入密封反应釜中，将密封的反应釜置于箱式电阻炉中升温至150℃、并保持5 h，然后升温至300℃、保持3 h，最后自然冷却至室温，得到碳／硫黑色粉末；
（2）将所制得的硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯混合，将材料研磨3 h；将研磨后的混合物加NMP，搅拌30 min制成具有一定黏度的浆液，将浆液均匀涂覆在20um厚的铝箔集流体上；将涂过的铝箔在室温条件下自然晾干后送往真空干燥箱40℃下干燥2 h，再升温到80℃，干燥12 h；干燥完毕后，用14mm皮带冲将其冲成14 mm的圆片并压片。
步骤3：电池的组装：
将上述制备的复合材料正极片为正极，金属锂片为负极，Celgard2300聚丙烯微孔膜为隔膜，注入浓度为1mol／L的双三氟甲基磺酸酰亚胺锂，溶剂为乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊环(DOL)的电解液，在充满干燥氩气的手套箱中组装2016型扣式电池。
优选地，所述的硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯的混合比例为8:1:1。
或者优选地，其特征在于：所述的溶剂中乙二醇二甲醚(DME)+1与3-二氧戊环电解液的体积比为1:1。
本发明的技术效果在于：
本发明以玉米芯为原料，采用磷酸活化法制备了具有高比表面积的玉米芯活性炭，与单质硫进行熔融复合制得的碳／硫复合正极材料表现出了良好的电化学性能。以硫／玉米芯活性炭复合材料为正极，锂为负极的锂硫电池在0.2 mA／cm2的电流下首次放电比容量高达761.2mAh／g，循环20次后放电比容量仍有683.2mAh／g，容量保持率达89.75％。同时玉米芯活性炭廉价易得，碳材料及复合材料制备工艺简单，适合工业化应用，具有一定发展前景。
具体实施方式
一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：玉米芯活性炭的制备：
（1）用18目的标准筛过筛后的玉米芯用70％浓磷酸以2.5浸渍比于100℃下浸渍18h后放入石英槽并置于陶瓷管内；
（2）将氮气流量调节到40cm3／min，并以10℃／min的升温速度加热到活化温度，在该温度下保温2h；
（3）活化结束后停止加热，继续通氮气至炉内温度降至室温，将产品取出用10％的盐酸在90℃下浸泡30min；
（4）用双层滤纸将液体进行抽滤，并用大量蒸馏水冲洗，使其pH值达到7，转入研钵中干燥24h；
（5）将制备的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目标准筛过滤，然后将样品转入试样瓶或袋中备用。
步骤2：碳／硫正极复合材料的制备：
（1）将升华硫和玉米芯活性炭按3：1质量比混合，将其充分研磨且混合均匀，混合物装入密封反应釜中，将密封的反应釜置于箱式电阻炉中升温至150℃、并保持5 h，然后升温至300℃、保持3 h，最后自然冷却至室温，得到碳／硫黑色粉末；
（2）将所制得的硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯混合，将材料研磨3 h；将研磨后的混合物加NMP，搅拌30 min制成具有一定黏度的浆液，将浆液均匀涂覆在20um厚的铝箔集流体上；将涂过的铝箔在室温条件下自然晾干后送往真空干燥箱40℃下干燥2 h，再升温到80℃，干燥12 h；干燥完毕后，用14mm皮带冲将其冲成14 mm的圆片并压片。
步骤3：电池的组装：
将上述制备的复合材料正极片为正极，金属锂片为负极，Celgard2300聚丙烯微孔膜为隔膜，注入浓度为1mol／L的双三氟甲基磺酸酰亚胺锂，溶剂为乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊环(DOL)的电解液，在充满干燥氩气的手套箱中组装2016型扣式电池。
其中，硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯的混合比例为8:1:1。溶剂中乙二醇二甲醚(DME)+1与3-二氧戊环电解液的体积比为1:1。
Claims (3)
1.一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：玉米芯活性炭的制备：
（1）用18目的标准筛过筛后的玉米芯用70％浓磷酸以2.5浸渍比于100℃下浸渍18h后放入石英槽并置于陶瓷管内；
（2）将氮气流量调节到40cm3／min，并以10℃／min的升温速度加热到活化温度，在该温度下保温2h；
（3）活化结束后停止加热，继续通氮气至炉内温度降至室温，将产品取出用10％的盐酸在90℃下浸泡30min；
（4）用双层滤纸将液体进行抽滤，并用大量蒸馏水冲洗，使其pH值达到7，转入研钵中干燥24h；
（5）将制备的玉米芯活性炭材料充分研磨，用400目标准筛过滤，然后将样品转入试样瓶或袋中备用；
步骤2：碳／硫正极复合材料的制备：
（1）将升华硫和玉米芯活性炭按3：1质量比混合，将其充分研磨且混合均匀，混合物装入密封反应釜中，将密封的反应釜置于箱式电阻炉中升温至150℃、并保持5 h，然后升温至300℃、保持3 h，最后自然冷却至室温，得到碳／硫黑色粉末；
（2）将所制得的硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯混合，将材料研磨3 h；将研磨后的混合物加NMP，搅拌30 min制成具有一定黏度的浆液，将浆液均匀涂覆在20um厚的铝箔集流体上；将涂过的铝箔在室温条件下自然晾干后送往真空干燥箱40℃下干燥2 h，再升温到80℃，干燥12 h；干燥完毕后，用14mm皮带冲将其冲成14 mm的圆片并压片；
步骤3：电池的组装：
将上述制备的复合材料正极片为正极，金属锂片为负极，Celgard2300聚丙烯微孔膜为隔膜，注入浓度为1mol／L的双三氟甲基磺酸酰亚胺锂，溶剂为乙二醇二甲醚(DME)+1，3-二氧戊环(DOL)的电解液，在充满干燥氩气的手套箱中组装2016型扣式电池。
2.如权利要求1一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，其特征在于：所述的硫／碳复合材料粉末与超级导电炭、聚偏氟乙烯的混合比例为8:1:1。
3.如权利要求1一种以碳/硫复合正极材料为正极的电池的制备方法，其特征在于：所述的溶剂中乙二醇二甲醚(DME)+1与3-二氧戊环电解液的体积比为1:1。
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|---|---|---|---|---|
| CN107151014A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-09-12 | 武汉理工大学 | 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法 |
| CN110707291A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-17 | 青岛科技大学 | 一种利用回收碳材料制备锂硫电池正极的方法 |
| CN114899433A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-08-12 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种铁掺杂二氧化钒催化剂、制备方法及其在锂硫电池中的应用 |
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2014
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| CN107151014A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-09-12 | 武汉理工大学 | 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法 |
| CN107151014B (zh) * | 2017-06-14 | 2020-04-21 | 武汉理工大学 | 一种生物多孔碳基锂硫电池正极材料及其制备方法 |
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Application publication date: 20150520 |
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