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
【技术领域】
[0001]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】
[0002]在锂二次电池中，单质硫正极具有1672mAh / g的的理论比容量，能量密度高达2600ffh / 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】

[0003]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。
[0004]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浸溃比于100°C下浸溃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°C / 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°C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。
[0005]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°C、并保持5 h，然后升温至300°C、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3h ；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°C下干燥2h，再升温到80°C，干燥12 h;干燥完毕后，用14_皮带冲将其冲成14 _的圆片并压片。
[0006]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lmol / 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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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】
[0010]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浸溃比于100°C下浸溃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°C / 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°C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。
[0011]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°C、并保持5 h，然后升温至300°C、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3h ；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°C下干燥2h，再升温到80°C，干燥12 h;干燥完毕后，用14_皮带冲将其冲成14 _的圆片并压片。
[0012]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lmol / 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。
[0013]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。
【主权项】
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浸溃比于100°C下浸溃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°C / 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°C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°C、并保持5 h，然后升温至300°C、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3h ；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°C下干燥2h，再升温到80°C，干燥12 h;干燥完毕后，用14_皮带冲将其冲成14 _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lmol / 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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H01M4-139, H01M4-58
【公开号】CN104638264
【申请号】CN201410711399
【发明人】李立珺
【申请人】李立珺
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月1日