CN109698335A - 一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法，其步骤为：将胺基化柱[5]芳烃置于稀盐酸中，超声使其完全溶解；搅拌条件下，缓慢滴加上述胺基化柱[5]芳烃溶液于硫代硫酸钠溶液中，搅拌反应，离心、洗涤、干燥，得到所述材料。本发明以胺基化柱[5]芳烃为保护剂，该刚性结构可以使硫分散均匀，并且可以有效地吸附多硫化物防止沉积，起到物理束缚多硫化物的作用，具有高容量，倍率性好且循环寿命长等优点。

Description

一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法
技术领域
本发明属于化学电池领域，具体涉及一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法。
背景技术
能源是维持社会发展的基本要素之一。在人类进行工业革命之前，能源的需求并非那么迫切。而在工业革命之后，对于能源的所求愈发严重。如今，随着人类社会和生产力的发展，能源问题已成为一个世界性的首要问题，同时也引发了各国政府和科研人员的广泛关注。应对能源问题，目前解决途径大体分为三类，其一为开发利用新的可利用的能源，如太阳能、风能、地热能等。其二为减少能源使用，节约不可再生能源。其三则为提高现有能源利用效率，减少能量损失。
锂硫电池的比循环大小和使用寿命的影响因素主要是正极复合材料。因此，寻找并开发新的锂硫电池正极材料已是亟需解决的问题。单质硫由于低毒性，低成本和环境友好的特点，成为一种非常有前途的正极材料。然而，锂硫电池在放电过程中，单质硫被还原为S-2的过程中会有多个中间态生成，其中Li2Sn (4≤n≤8)易溶于有机电解液，从正极向负极扩散，随着放电的进行，最终在负极生成Li2S沉积下来，而Li2S不溶于有机电解液，造成锂硫电池循环性差、库仑效率低、自放电率高等问题，延缓了其实用化的步伐。
发明内容
本发明的目的在于提出一种循环稳定性较好的柱[5]芳烃复合硫锂硫电池正极材料的制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）配制胺基化柱[5]芳烃溶液：将胺基化柱[5]芳烃置于稀盐酸中，超声使其完全溶解；
2）制备柱[5]芳烃复合硫正极材料：搅拌条件下，缓慢滴加上述胺基化柱[5]芳烃溶液于硫代硫酸钠溶液中，搅拌反应，离心、洗涤、干燥，得到所述材料。
进一步的，步骤1）中，稀盐酸的pH值为0.5～2，优选pH值为1。
进一步的，步骤2）中，胺基化柱[5]芳烃溶液的浓度为0.6～0.75 mg/mL。
进一步的，步骤2）中，胺基化柱[5]芳烃与硫代硫酸钠的质量比为30:60～30:1500。
进一步的，步骤2）中，搅拌反应时间为3～8h，搅拌速度为350～500r/min；离心转速为8000～10000r/min，离心时间为10min；洗涤转速为6000～7000r/min；干燥温度为60℃。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明以胺基化柱[5]芳烃为保护剂，该刚性结构可以使硫分散均匀，并且可以有效地吸附多硫化物防止沉积，起到物理束缚多硫化物的作用，具有高容量，倍率性好且循环寿命长的优点，同时本发明通过控制反应时间、pH值和搅拌速度等条件，制得形貌均一，直径500nm左右的柱[5]芳烃复合硫球。
附图说明
图1为本发明制备的柱[5]芳烃复合硫的扫描电镜图。
图2为本发明制备的中柱[5]芳烃复合硫材料的X射线衍射图。
图3为本发明制备的柱[5]芳烃复合硫材料作为锂硫电池正极材料的充放电循环性能图。
具体实施方式
本发明为了抑制多硫化物的溶解，提高电池的循环性能，制备了柱[5]芳烃复合硫材料。首先，我们制备了胺基化柱[5]芳烃水溶液，胺基化柱[5]芳烃水溶液中采用稀盐酸调节溶液pH值为0.5～2，然后将胺基化柱[5]芳烃水溶液缓慢滴加至硫代硫酸钠溶液中，由于HCl与硫代硫酸钠反应，产生硫单质，柱芳烃在溶液中可以将硫单质分散开不至于结块而成球。
实施例1
1）制备柱[5]芳烃水溶液：取50 mL去离子水于烧杯中，用盐酸（HCl）调节pH=1。加入30mg胺基化柱[5]芳烃，超声使其完全溶解。
2）制备柱[5]芳烃复合硫正极材料：取2000 mg 硫代硫酸钠倒入去离子水中超声分散，再搅拌使其分散均匀后，在搅拌过程中向体系中缓慢滴加胺基化柱[5]芳烃溶液，搅拌，离心、洗涤、干燥。
实施例2
1）制制备柱[5]芳烃水溶液：取100 mL去离子水于烧杯中，用盐酸（HCl）调节pH=1.5。加入60mg胺基化柱[5]芳烃，超声使其完全溶解。
2）制备柱[5]芳烃复合硫正极材料：取4000 mg 硫代硫酸钠倒入去离子水中超声分散，再搅拌使其分散均匀后，在搅拌过程中向体系中缓慢滴加胺基化柱[5]芳烃溶液，搅拌，离心、洗涤、干燥。
实施例3
1）制制备柱[5]芳烃水溶液：取120mL去离子水于烧杯中，用盐酸（HCl）调节pH=2。加入90mg胺基化柱[5]芳烃，超声使其完全溶解。
2）制备柱[5]芳烃复合硫正极材料：取5000 mg 硫代硫酸钠倒入去离子水中超声分散，再搅拌使其分散均匀后，在搅拌过程中向体系中缓慢滴加胺基化柱[5]芳烃溶液，搅拌，离心、洗涤、干燥。
如图1所示，为采用本发明方法制备的柱[5]芳烃复合硫球扫描电镜图。可见，制备的柱[5]芳烃复合硫具有球状结构，直径为400~500nm。可以观察到中硫球表面有许多卷曲和褶皱结构，这是硫球典型的形貌。
图2为采用本发明方法制备的柱[5]芳烃复合硫正极材料的X-射线粉末衍射图。
图3为采用本发明制备的柱[5]芳烃复合硫正极材料在1C下循环400圈的性能图。从图中可以看出，首次放电比容量为838mAh/g，循环400圈后，比容量仍为782 mAh/g，比容量保持率为89.74%。

Claims (9)

1.一种柱[5]芳烃复合硫锂硫正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）配制胺基化柱[5]芳烃溶液：将胺基化柱[5]芳烃置于稀盐酸中，超声使其完全溶解；
2）制备柱[5]芳烃复合硫正极材料：搅拌条件下，缓慢滴加上述胺基化柱[5]芳烃溶液于硫代硫酸钠溶液中，搅拌反应，离心、洗涤、干燥，得到所述材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，稀盐酸的pH值为0.5～2。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，稀盐酸的pH值为1。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，胺基化柱[5]芳烃溶液的浓度为0.6～0.75 mg/mL。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，胺基化柱[5]芳烃与硫代硫酸钠的质量比为30:60～30:1500。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，搅拌反应时间为3～8h，搅拌速度为350～500r/min。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，离心转速为8000～10000r/min，离心时间为10min。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，洗涤转速为6000～7000r/min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，干燥温度为60℃。
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