一种含硫电极材料、含有该电极材料的锂硫电池及含硫电极材料的制备方法_2

文档序号:9617714阅读:来源:国知局
过程是指将多孔前驱体与含硫活性物质 置于同一反应器中,之后通过研磨、超声处理、热处理中的至少一种方式处理得到硫电极材 料。
[0019] 作为本发明含硫电极材料制备方法的一种改进,所述氧化剂还含有高锰酸钾、浓 硫酸和硝酸中的至少一种;氧化反应的时间为l〇min~24h ;氧化反应的温度为-30°C~ 120°C。氧化反应时,可以通过调节氧化剂种类、氧化剂含量、氧化反应时间、氧化反应温度 等参数,实现在多孔基材表面、孔壁上接枝不同种类、不同含量极性官能团的目的。
[0020] 本发明还包括一种锂硫电池,所述锂硫电池的电极活性材料包含本发明所述含硫 电极材料。
[0021] 本发明的有益效果在于:由于极性官能团对锂硫化物具有较强的吸附作用,当多 孔基材上含有极性官能团时,能够增加多孔基材对锂硫化物的吸附作用;当然,极性官能团 含量过低,无法充分起到吸附锂硫化合物的作用,而极性官能团含量过高,将影响到多孔基 材的导电性能,需要做出两者之间的平衡。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合【具体实施方式】对本发明及其有益效果进行详细说明,但本发明的实施方 式不限于此。
[0023] 比较例,选择粒径在10以111-20以111、孔径为1〇11111-5〇11111、孔隙率为80%的多孔碳材 料作为基材,之后与硫单质混合均匀(质量比为3:7),再置于170Γ环境中煅烧2h,之后冷 却至室温得到硫碳复合材料待用;
[0024] 实施例1,与比较例不同之处在于,本实施例包括如下步骤:
[0025] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm_50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于4°C下反应2h,再于50°C下反应 2h,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干得到多孔前驱体待用;
[0026] 硫电极材料的制备:将上述前驱体升温至150°C,之后与单质硫充分混合(质量 比为3:7),使得熔融硫充分渗透进入多孔碳材料的孔结构中,同时向反应器中通入lOMPa 的氦气,之后保持气压lmin,再降低反应物温度至25°C,卸掉氦气压,得到含硫电极材料待 用;
[0027] 其余与比较例相同,不再赘述。
[0028] 实施例2,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0029] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于_30°C下反应20min,再于40°C下 反应lOmin,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干得到多孔前驱体待用;
[0030] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0031] 实施例3,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0032] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm_50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于-5°C下反应30min,再于60°C下 反应lOmin,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干得到多孔前驱体待用;
[0033] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0034] 实施例4,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0035] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于〇°C下反应lh,再于35°C下反应 15min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干 得到多孔前驱体待用;
[0036] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0037] 实施例5,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0038] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于〇°C下反应2h,再于35°C下反应 25min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干 得到多孔前驱体待用;
[0039] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0040] 实施例6,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0041] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于5°C下反应2h,再于35°C下反应 35min,加入去离子水后,升温至80°C下反应24h,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘 干得到多孔前驱体待用;
[0042] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0043] 实施例7,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0044] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于7°C下反应2h,再于45°C下反应 35min,加入去离子水后,升温至120°C下反应4h,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘 干得到多孔前驱体待用;
[0045] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0046] 实施例8,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0047] 多孔前驱体的制备:选择粒径在5nm_10nm、孔径为0. 2nm_lnm、孔隙率为30%的 多孔碳材料作为基材;之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于〇°C下反应lh,再于35°C下反应 15min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干净,烘干 得到多孔前驱体待用;
[0048] 硫电极材料的制备:将上述前驱体升温至180°C,之后与单质硫(质量比为7:3)、 单月桂基磷酸酯MAP充分混合,使得熔融硫在表面活性剂的辅助下充分渗透进入多孔碳材 料的孔结构中,同时向反应器中通入lOOMPa的氦气,之后保持气压20s,再降低反应物温度 至25°C,卸掉氦气压,得到含硫电极材料待用;
[0049] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0050] 实施例9,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0051] 多孔前驱体的制备:选择粒径在150 μπι-200 μπκ孔径为1 μπι-2 μπκ孔隙率为 60 %的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸混合,于0°C下反应lh,再于35°C下 反应15min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干净, 烘干得到多孔前驱体待用;
[0052] 硫电极材料的制备:将上述前驱体升温至180°C,之后与单质硫(质量比为7:3)、 十二烷基硫酸钠充分混合,使得熔融硫在表面活性剂的辅助下充分渗透进入多孔碳材料的 孔结构中,同时向反应器中通入IMPa的氦气,之后保持气压30min,再降低反应物温度至 25°C,卸掉氦气压,得到含硫电极材料待用;
[0053] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0054] 实施例10,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0055] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm_50nm、孔隙率为98% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸混合,于〇°C下反应lh,再于35°C 下反应15min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干 净,烘干得到多孔前驱体待用;
[0056] 硫电极材料的制备:将上述前驱体升温至180°C,之后与单质硫(质量比为2:98)、 十二烷基硫酸钠充分混合,使得熔融硫在表面活性剂的辅助下充分渗透进入多孔碳材料的 孔结构中,同时向反应器中通入IMPa的氦气,之后保持气压30min,再降低反应物温度至 25°C,卸掉氦气压,得到含硫电极材料待用;
[0057] 其它与实施例1的相同,这里不再重复。
[0058] 实施例11,与实施例1不同的是,本实施例包括如下步骤:
[0059] 多孔前驱体的制备:选择粒径在10 μπι-20 μπι、孔径为10nm-50nm、孔隙率为80% 的多孔碳材料作为基材,之后与高锰酸钾、浓硫酸、硝酸纳混合,于〇°C下反应lh,再于35°C 下反应15min,加入去离子水后,升温至80°C下反应lh,完成官能团接枝反应,之后清洗干 净,烘干得到多孔前
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