CN111370667A - 用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法和应用 - Google Patents

用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法和应用。将模板法和溶剂诱导法的结合，使正极载硫材料中均匀有序的分布着大孔，并且这些有序大孔被含有丰富微孔和介孔结构的框架连接起来。并且，在这个多孔导电框架中，广泛分布着极性位点硫化锌和单原子活性位点Co‑N‑C用以固定电化学反应过程中产生的多硫化物中间产物，来减弱其“穿梭效应”带来的容量快速衰减问题。本发明的三维有序多孔载硫材料可以使得锂硫电池正极极片在高硫含量，大电流下稳定运行，从而有效的推进了锂硫电池大规模商业化应用的可能性，为实现下一代高能量密度电池用于移动电子设备以及电动汽车打下坚实基础。

Description

用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方 法和应用
技术领域
本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着各类电子产品以及电动汽车的快速发展及普及，人们对于具有高能量密度的电池的需求也越来越迫切。然而，传统基于锂离子嵌入脱出过程实现电化学储能的锂离子电池已经趋近其能量密度的极限。想要开发一种体积小，质量轻，容量大的新型下一代电池，就必须要开发新的电极材料以及新的电化学储能体系。
锂硫电池以金属锂片作为负极，硫单质作为正极，其理论能量密度能达到2600Wh/kg，是现有锂离子电池技术能达到的能量密度的约6倍。并且，硫拥有储量大，价格便宜，无毒无污染的优点。因此，锂硫电池被认为是最有发展前景的下一代高能量密度电池的候选技术之一。
然而，锂硫电池的实际应用却仍然存在着许多问题：首先是硫的低导电率使得电子难以传导到硫来参加电化学反应放电。其次是在放电过程中，有高溶解度的多硫化物中间产物产生，这些高溶解度的多硫化物会溶解在电解液里并扩散到负极，与负极金属锂片直接发生化学反应，这一过程被称为“穿梭效应”。穿梭效应会导致电池的容量急速衰减，使得锂硫电池的循环稳定性非常差。而且在锂硫电池放电过程中，活性物质硫会经历由固态转化到液态多硫化物，最后以固态硫化锂的形式沉积在导电材料表面。这种复杂的相变过程会使得整个电化学反应的动力学非常缓慢，从而使得整体的锂硫电池表现为无法在大电流下运行，并且也会导致硫的利用率降低。
因此，如何高效的解决上述的问题是真正实现锂硫电池商业化应用的关键技术。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法和应用，该载硫材料使得高硫含量的碳硫复合物正极能够在大电流密度工况下以及低电解液用量下稳定运行，从而极大提高锂硫电池的实际可用能量密度，推动锂硫电池的商业应用。
为了实现上述目的，本发明提出以下技术方案是：
一种用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料，三维有序多孔载硫材料中包含多级孔结构，即该材料中包含大孔、介孔、小孔三种孔结构；其中，大孔均匀有序分布于富含介孔和小孔的导电碳框架中；由极性吸附位点硫化锌以及单原子活性位点钴氮碳组成的双极吸附位点广泛均匀分布于导电碳框架中；
所述载硫材料中，大孔孔径为大于50nm至180nm之间，且有序分布于导电碳框架中，导电碳框架中的介孔孔径介于2～50nm之间，小孔孔径介于0.1至小于2nm之间。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：将苯乙烯、水和聚乙烯吡咯烷酮配成反应液，在氮气保护气氛下升温至70～80℃后加入过硫酸钾，反应20～30小时之后，离心分离得到聚苯乙烯纳米颗粒；
步骤二：将所得到的聚苯乙烯纳米颗粒超声分散于无水乙醇中，置于光滑表面皿内及室温下待乙醇蒸发，乙醇完全蒸干后即得到三维聚苯乙烯模板；
步骤三：将六水合硝酸锌、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑溶解于甲醇中，待完全溶解后将所配溶液导入之前所得到的三维聚乙烯模板之中，于室温下静置0.5～2小时；
步骤四：静置完成后，取出浸泡后的三维聚乙烯模板，放入甲醇与氨水的混合溶液中，静置20～30小时；
步骤五：静置完成后，取出浸泡后的三维聚乙烯模板，放入四氢呋喃溶剂中，搅拌20～30小时；
步骤六：搅拌完成后，用离心机分离上述溶液，得到浅紫色固体样品，自然晾干所得固体样品后，将固体样品在氮气保护下，碳化1～3小时，即得到含有双极吸附位点的三维有序多孔锂硫电池载硫材料。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，步骤一中，苯乙烯、水、聚乙烯吡咯烷酮和过硫酸钾的质量比为1：2～10：0.1～5：0.1～5。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，步骤三中，六水合硝酸锌、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和甲醇的质量比为1～10：1：1～10：1～10。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，步骤四中，甲醇与氨水的体积比为1：1。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，步骤六中，碳化温度为700～1000℃。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，将三维有序多孔载硫材料与硫粉混合并经过处理后，使活性物质硫储存于三维有序多孔载硫材料的大孔孔腔之中，即得到碳硫复合物作为锂硫电池正极。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，将所合成的含有双极吸附位点的三维有序多孔载硫材料与单质硫粉按照1：2～4的质量比例混合并充分研磨后，加入到含有氩气保护下的密闭容器中，加热至150～160℃并保温12～24小时后取出，即得到碳硫复合物。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，锂硫电池正极的具体制备过程如下：
(1)配制锂硫电池正极浆料：将碳硫复合物、导电剂和粘接剂按照8～9：0.1～1：0.1～1的质量比例分散于N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌4～12小时，形成正极浆料，正极浆料中的固含量为40～60wt％；
(2)将上述步骤(1)中制得的正极浆料均匀地涂覆在集流体上，在50～100℃温度下充分干燥12～24小时，并通过裁剪得到锂硫电池正极极片；
(3)将裁剪后的锂硫电池正极极片继续放入真空干燥箱中，在50～100℃下干燥12～24小时。
所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，导电剂为科琴黑或乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠，集流体为铝箔、碳纸、碳布、泡沫镍、石墨毡、泡沫碳、静电纺丝碳纤维中的一种。
本发明的设计思想是：
本发明方法为模板法和溶剂诱导法的结合，所制备出的正极载硫材料中均匀有序的分布着大孔，并且这些有序大孔被含有丰富微孔和介孔结构的框架连接起来。并且在这个多孔导电框架中，广泛分布着极性位点硫化锌(ZnS)和单原子活性位点钴氮碳(Co-N-C)，用以固定电化学反应过程中产生的多硫化物中间产物，来减弱其“穿梭效应”带来的容量快速衰减问题。
均匀分布大孔结构，能够有效的提高活性物质硫的载量。同时，大的孔体积，能够保证电解液在载硫材料内部顺畅传导，有效降低离子传导阻力。为了解决大孔体积带来的多硫化物渗出问题，极性位点ZnS和单原子活性位点Co-N-C被引入到载硫材料中来有效吸附多硫化物。因此，本载硫材料可以实现在极大的硫载量条件下有效减少多硫化物渗出溶解带来的容量降低问题。
本发明具有如下优点及有益效果：
1.本发明中所使用的三维有序多孔载硫材料中的有序大孔可以极大的提高载硫材料中的活性物质硫的含量，在碳硫复合物中，硫的质量分数能达到80％或更高。从而，使得锂硫电池正极的实际比容量能大幅提高。同时，大的孔体积也能保证电解液在载硫材料内部流通，极大的降低了离子传输阻力，保证了锂硫电池能在大电流的运行条件下稳定运行。
2.本发明中使用了极性吸附位点硫化锌以及单原子活性位点Co-N-C作为双极吸附位点，能够极大的提高载硫材料本身对于溶解在电解液里的多硫化物的吸附作用，从而有效的抑制了多硫化物“穿梭效应”带来的电池容量衰减的问题，极大的提高了锂硫电池的循环稳定性。
3.本发明制备过程中所使用的反应物以及制备仪器都简单易得，且价格便宜，因此整个锂硫电池正极的制备成本低廉，且有大规模生产的可能，因此对于锂硫电池大规模商业化应用有着极大的推动作用。
附图说明
图1为实施例1制备的聚苯乙烯纳米颗粒的扫面电子显微镜(SEM)图。
图2为实施例1所制备的三维有序多孔载硫材料的的投射电子显微镜(TEM)图。
图3为实施例2制备的三维有序多孔载硫材料与升华硫制备的锂硫电池正极极片在0.2C电流下的充放电曲线。
图4为实施例2制备的三维有序多孔载硫材料与升华硫制备的锂硫电池正极极片在5.0C电流下的充放电曲线。
图5为实施例3制备的导电剂与升华硫制备的锂硫电池正极极片在0.2C电流下的充放电曲线。
图6为实施例2中的三位有序多孔载硫材料与升华硫制备的锂硫电池正极极片和实施例3中制备的导电剂与升华硫制备的锂硫电池正极极片在1.0C电流下的循环性能曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，本发明的优点会随着接下来的说明而更加明确。但是本发明不仅限于实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在具体实施过程中，本发明用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料及其制备方法如下：
(1)采用溶剂诱导法构建了一种三维有序多孔的载硫材料，该载硫材料中含有大孔、介孔和小孔。其中，大孔用于储存活性物质硫，小孔和介孔用于传导电解液。同时，在导电碳框架上，还嵌有由硫化锌和单原子活性位点组成的双极吸附位点，能够有效的吸附电化学反应中产生的多硫化物，并且催化其后续的电化学反应，从而有效的遏制多硫化物的“穿梭效应”，并且有效的提高活性物质硫的利用率，从而提高锂硫电池整体的库伦效率以及长循环稳定性。本发明中，导电碳框架的含义是指：由有机金属框架通过高温煅烧得到的能够传导电子的导电碳框架，吸附位点的含义是指：能够通过化学键合或者静电吸引作用有效吸附多硫化物在其表面的位点。
(2)将所合成的三维有序多孔载硫材料与硫粉一起处理后得到碳硫复合物，将所得到的碳硫复合物配成锂硫电池正极浆料：将所制备的碳硫复合物、导电剂和粘接剂按照质量比为8～9：0.1～1：0.1～1(优选为8：1：1)的比例分散于适量体积的N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌4～12小时，形成正极浆料。
(3)一种锂硫电池正极的制备方法过程如下：将上述步骤(2)中制得的正极浆料均匀地涂覆在集流体上，在50～100℃温度下充分干燥12～24小时，并通过裁剪得到适当大小的锂硫电池正极极片。将裁剪后的正极极片继续放入真空干燥箱中，在50～100℃下干燥12～24小时。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细描述。
实施例1：
本实施例中，三维有序多孔载硫材料的具体制备过程如下：
(1)聚苯乙烯纳米颗粒的制备：
取70mL苯乙烯溶液，用25mL浓度10wt.％的氢氧化钠溶液清洗一遍以除去苯乙烯溶液里的稳定剂，再用去离子水清洗三次苯乙烯溶液并收集备用。
取65mL上述清洗完毕的苯乙烯溶液，加入到500mL去离子水中，得到混合溶液。向混合溶液中加入2.5g聚乙烯吡咯烷酮，充分搅拌溶解后，在室温下向上述溶液中持续通入氮气30min以除去液体中的氧气。之后，将上述溶液在密闭及氮气或氩气保护下升温至75℃。待温度稳定后，加入50mL含有1g过硫酸钾的溶液，然后在75℃下持续搅拌反应24小时。反应完成后将溶液离心分离，并置于60℃鼓风干燥箱内干燥。待干燥完成后，所得到的白色固体粉末即为聚苯乙烯纳米颗粒。
以下，将对本实施例的聚苯乙烯小球的结构的表征：
图1是所制备的聚苯乙烯小球的扫描电子显微镜图，由图可知，合成的聚苯乙烯小球具有均一的大小，且纳米球的直径为180nm。
(2)三维聚苯乙烯模板的制备：
取2g上述合成的聚苯乙烯纳米颗粒，分散于20mL无水乙醇中，利用超声仪使其形成均一的悬浮液。然后将所得悬浮液倒于平整得玻璃表面皿内，使其在60℃加热台上受热蒸发乙醇。待乙醇完全蒸发后，即可得到片状得三维聚苯乙烯模板。将所得的三维聚苯乙烯模板置于真空环境中，排出模板内部空隙内的气体。
(3)三维有机金属框架材料的制备：
取3.62g六水合硝酸锌、0.9g六水合硝酸钴、3.75g 2-甲基咪唑，溶解于20mL无水甲醇中，充分搅拌得到混合溶液。将(2)中所制得的三维聚苯乙烯模板，浸泡于此混合溶液中1小时。浸泡完成后，取出三维聚苯乙烯模板，置于60℃烘箱中烘干。烘干后，将三维聚苯乙烯模板浸泡于体积比为1：1的甲醇与浓氨水的混合溶液中，保持24小时。此步完成后，取出三维聚苯乙烯模板，置于室温环境中晾干。待完全晾干后，将三维聚苯乙烯模板泡入适量的四氢呋喃溶剂中，于室温下搅拌反应24小时。待完全反应后，用离心机离心分离得到淡紫色固体样品，即为三维有机金属框架，置于60℃烘箱中烘干备用。
(4)三维有序多孔载硫材料的制备：
将上述(3)中所得的三维有机金属框架材料，置于氮气或者氩气保护下的管式炉中碳化2小时，碳化温度为800℃。此步完成后得到的黑色固体粉末，即为三维有序多孔载硫材料(导电碳框架)粉末。
以下将对本实施例的三维有序多孔载硫材料的结构的表征：
图2是所制备的三维有序多孔载硫材料的的投射电子显微镜图，由图可知，在所合成的三维有序多孔载硫材料中，均匀有序的分布着孔径大于50nm至180nm之间的大孔，且含有介孔和小孔，介孔孔径介于2～50nm之间，小孔孔径介于0.1至小于2nm之间。由极性吸附位点硫化锌以及单原子活性位点钴氮碳组成的双极吸附位点，广泛均匀分布于三维有序多孔载硫材料中。
实施例2：
本实施例中，锂硫电池正极极片的制备过程如下：
(1)碳硫复合物的制备方法，包括如下步骤：
取0.1g制备的三维有序多孔载硫材料，与0.3g升华硫在研钵中充分碾磨，得到均一的粉末。将该混合固体粉末置于氩气保护的密闭容器中，升温至155℃，并且在该温度下保持12小时。取出所得混合粉末即为碳硫复合物。
(2)锂硫电池正极浆料的制备方法，包括如下步骤：
取800mg(1)中所得碳硫复合物置于一玻璃瓶中，加入100mg导电剂和100mg粘接剂，加入3mLN-甲基吡咯烷酮，充分搅拌5小时并超声，得到均一的悬浊液即为锂硫电池正极浆料。其中，导电剂可以为科琴黑或乙炔黑，粘接剂可以为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠。
(3)锂硫电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：
将(2)中所得的正极浆料，均匀地涂布在集流体上，并置于80℃上加热12小时蒸干溶剂。然后用金属冲头，根据大小及形状需求，冲剪出正极极片。将所得正极极片置于60℃真空干燥烘箱内干燥12小时，即得到锂硫电池正极极片。其中，集流体可以为铝箔、泡沫镍、碳纸、石墨毡、碳布、泡沫碳、静电纺丝纤维。
以下将对本实施例的由碳硫复合物制备的正极极片性能进行表征：
将上述正极极片冲剪成直径为12mm的极片，以0.6mm厚的锂金属片为负极，在氩气保护下的手套箱内组装成CR2016扣式电池，在室温下以0.2C进行恒流充放电测试。测试结果如图3所示，由图可知，在0.2C条件下，该正极极片的比容量为1296.35mAh/g，而现在锂离子电池中常用的磷酸铁锂正极材料，在0.2C及室温条件下的放电比容量为140mAh/g。可见本发明开发的正极材料的比容量远远大于现在商业化锂离子电池常用的正极材料，进一步证明本发明对开发下一代高能量密度电池有着非常关键的意义。此外，我们亦对本发明开发的正极极片在大电流下进行了充放电测试，将组装的CR2016扣式电池在5.0C电流下进行充放电，其充放电曲线如图4所示，由图可知，即使在大电流条件下，本发明开发的正极材料比容量依然能达到684.95mAh/g。使用此三维有序多孔载硫材料制备的锂硫电池正极极片在1C下的循环稳定性如图6所示。此测试可以证明利用此正极材料可以使得组装的锂硫电池在大电流下运行，这更加丰富了锂硫电池的工作环境，为日后的大规模商业化应用打下了坚实基础。
实施例3：
本实施例中，将升华硫直接与导电剂混合后得到的碳硫复合物作为正极极片的电化学测试，其包含如下步骤：
(1)碳硫复合物的制备
取100mg科琴黑与350mg升华硫于研钵中，充分碾磨后加入到氩气保护的密闭容器中。将该容器升温至155℃，并在该温度下保持12小时即可得到科琴黑与升华硫的碳硫复合物。
(2)锂硫电池正极浆料的制备
取800mg(1)中所得碳硫复合物于一玻璃瓶中，加入100mg导电剂和100mg粘接剂，加入3mLN-甲基吡咯烷酮，充分搅拌5小时并超声，得到均一的悬浊液即为锂硫电池正极浆料。其中，导电剂可以为科琴黑或乙炔黑，粘接剂可以为聚偏氟乙烯，聚丙烯酸，聚乙烯醇，聚四氟乙烯，羧甲基纤维素钠。
(3)锂硫电池正极极片的制备方法，包括如下步骤：
将(2)中所得的正极浆料，均匀地涂布在集流体上，并置于80℃上加热蒸干溶剂。然后用金属冲头，根据大小及形状需求，冲剪出正极极片。将所得正极极片置于60℃真空干燥烘箱内干燥12小时，即得到锂硫电池正极极片。其中，集流体的选择可以为铝箔、碳纸、碳布、泡沫镍、石墨毡、泡沫碳或静电纺丝碳纤维中的一种。
以下将对本实施例的由碳硫复合物制备的正极极片性能进行表征：
将上述正极极片冲剪成直径为12mm的极片，以0.6mm厚的锂金属片为负极，在氩气保护下的手套箱内组装成CR2016扣式电池，在室温下以0.2C进行恒流充放电测试。测试结果如图5所示，如图可知，升华硫和导电剂混合而制成的锂硫电池正极极片在0.2C电流下运行，其正极比容量仅有1005mAh/g，远远低于由三维有序多孔载硫材料与升华硫制成的锂硫电池正极的比容量。同时，利用导电剂和升华硫制备的锂硫电池正极在1C电流下的循环性能如图6所示，可见利用三维有序多孔载硫材料和升华硫制备出的锂硫电池的正极的循环稳定性要远远好于直接将导电剂与升华硫混合而制备成的锂硫电池正极。此对照实例，更见验证了使用三维有序多孔载硫材料不仅可以提高锂硫电池正极对活性物质硫的利用效率，也能有效抑制多硫化物离子的“穿梭效应”，大大的提高整个电池的循环寿命。
实施例结果表明，本发明的三维有序多孔载硫材料可以使得锂硫电池正极极片在高硫含量(～80wt％)，大电流(5.0C)下稳定运行，从而有效的推进了锂硫电池大规模商业化应用的可能性，为实现下一代高能量密度电池用于移动电子设备以及电动汽车打下了坚实基础。

Claims (10)

1.一种用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料，其特征在于，三维有序多孔载硫材料中包含多级孔结构，即该材料中包含大孔、介孔、小孔三种孔结构；其中，大孔均匀有序分布于富含介孔和小孔的导电碳框架中；由极性吸附位点硫化锌以及单原子活性位点钴氮碳组成的双极吸附位点广泛均匀分布于导电碳框架中；
所述载硫材料中，大孔孔径为大于50nm至180nm之间，且有序分布于导电碳框架中，导电碳框架中的介孔孔径介于2～50nm之间，小孔孔径介于0.1至小于2nm之间。
2.按照权利要求1所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：将苯乙烯、水和聚乙烯吡咯烷酮配成反应液，在氮气保护气氛下升温至70～80℃后加入过硫酸钾，反应20～30小时之后，离心分离得到聚苯乙烯纳米颗粒；
步骤二：将所得到的聚苯乙烯纳米颗粒超声分散于无水乙醇中，置于光滑表面皿内及室温下待乙醇蒸发，乙醇完全蒸干后即得到三维聚苯乙烯模板；
步骤三：将六水合硝酸锌、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑溶解于甲醇中，待完全溶解后将所配溶液导入之前所得到的三维聚乙烯模板之中，于室温下静置0.5～2小时；
步骤四：静置完成后，取出浸泡后的三维聚乙烯模板，放入甲醇与氨水的混合溶液中，静置20～30小时；
步骤五：静置完成后，取出浸泡后的三维聚乙烯模板，放入四氢呋喃溶剂中，搅拌20～30小时；
步骤六：搅拌完成后，用离心机分离上述溶液，得到浅紫色固体样品，自然晾干所得固体样品后，将固体样品在氮气保护下，碳化1～3小时，即得到含有双极吸附位点的三维有序多孔锂硫电池载硫材料。
3.按照权利要求2所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，苯乙烯、水、聚乙烯吡咯烷酮和过硫酸钾的质量比为1：2～10：0.1～5：0.1～5。
4.按照权利要求2所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，六水合硝酸锌、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和甲醇的质量比为1～10：1：1～10：1～10。
5.按照权利要求2所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，甲醇与氨水的体积比为1：1。
6.按照权利要求2所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的制备方法，其特征在于，步骤六中，碳化温度为700～1000℃。
7.按照权利要求1所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，其特征在于，将三维有序多孔载硫材料与硫粉混合并经过处理后，使活性物质硫储存于三维有序多孔载硫材料的大孔孔腔之中，即得到碳硫复合物作为锂硫电池正极。
8.按照权利要求7所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，其特征在于，将所合成的含有双极吸附位点的三维有序多孔载硫材料与单质硫粉按照1：2～4的质量比例混合并充分研磨后，加入到含有氩气保护下的密闭容器中，加热至150～160℃并保温12～24小时后取出，即得到碳硫复合物。
9.按照权利要求7或8所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，其特征在于，锂硫电池正极的具体制备过程如下：
(1)配制锂硫电池正极浆料：将碳硫复合物、导电剂和粘接剂按照8～9：0.1～1：0.1～1的质量比例分散于N-甲基吡咯烷酮，充分搅拌4～12小时，形成正极浆料，正极浆料中的固含量为40～60wt％；
(2)将上述步骤(1)中制得的正极浆料均匀地涂覆在集流体上，在50～100℃温度下充分干燥12～24小时，并通过裁剪得到锂硫电池正极极片；
(3)将裁剪后的锂硫电池正极极片继续放入真空干燥箱中，在50～100℃下干燥12～24小时。
10.按照权利要求9所述的用于锂硫电池正极极片的三维有序多孔载硫材料的应用，其特征在于，导电剂为科琴黑或乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠，集流体为铝箔、碳纸、碳布、泡沫镍、石墨毡、泡沫碳、静电纺丝碳纤维中的一种。
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