蜂窝状棉花碳/硫复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110071281A(43)申请公布日2019.07.30(21)申请号201910399896.8B82Y30/00(2011.01)(22)申请日2019.05.14(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号申请人西安交通大学苏州研究院(72)发明人白益露金宏叶兰兰张明明李婷徐慧王勇(74)专利代理机构苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)32257代理人郭磊(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称蜂窝状棉花碳/硫复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将棉花浸入到硝酸镍溶液中充分搅拌，然后取出烘干；S2、将得到的棉花和硝酸镍混合物置于加热炉碳化，碳化温度为500～800℃，碳化时间为1～2h；S3、将碳化后的样品与硝酸混合，搅拌，去除镍纳米颗粒；将沉淀物清洗后干燥，得到棉花碳样品；S4、将得到的棉花碳与升华硫按一定比例混合，置于加热炉中，升温至150～160℃，保温，即制得所述蜂窝状棉花碳/硫复合材料。本发明还提供了由所述方法制备的蜂窝状棉花碳/硫复合材料以及其作为锂硫电池正极材料的应用。本发明工艺制备的棉花碳具有蜂窝状多级孔结构，可有效存储活性物质硫，保证高硫负载，降低穿梭效应，调节体积变化。CN110071281ACN110071281A权利要求书1/1页1.一种蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将棉花浸入到硝酸镍溶液中充分搅拌，然后取出烘干去除水分；S2、将步骤S1得到的棉花和硝酸镍混合物置于加热炉，在惰性气体气氛中进行碳化，碳化温度为500～800℃，保温时间为1～2h；S3、将碳化后的样品与硝酸混合，搅拌，去除镍纳米颗粒；将沉淀物清洗至pH＝7后干燥，得到棉花碳样品；S4、将步骤S3得到的棉花碳样品与升华硫按1～3:3的质量比混合，置于加热炉中，升温至150～160℃，保温，即制得所述蜂窝状棉花碳/硫复合材料。2.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述棉花在浸入到硝酸镍溶液前，先经过干燥处理。3.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述棉花与镍元素的质量比为10～20:1。4.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，升温速率为5℃/min。5.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，碳化温度为800℃，保温时间为1h。6.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，棉花碳样品与升华硫的质量比为1:3。7.如权利要求1所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，保温温度为155℃，保温时间为10h。8.如权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的蜂窝状棉花碳/硫复合材料。9.权利要求8所述的蜂窝状棉花碳/硫复合材料作为锂硫电池正极材料的应用。2CN110071281A说明书1/5页蜂窝状棉花碳/硫复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及多孔碳材料技术领域，具体涉及一种蜂窝状棉花碳/硫复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]锂离子电池因其高能量密度和较长的循环寿命等优势而受到广泛关注成为最有前景的电化学存储系统之一。在锂离子电池体系中，正极材料是决定其性能的关键。目前市场上主流的钴酸锂等传统含锂氧化物正极材料储锂容量普遍偏低，难以满足市场需求。锂硫电池在打破传统锂离子电池存储限制方面具有潜在优势，硫的理论容量高达1675mAhg-1,远高于传统的正极材料。因而锂硫电池被认为是目前最有前景的高能量密度存储系统之一。[0003]然而锂硫电池的发展仍受到一些固有缺陷的限制，其主要限制因素为硫自身的绝缘性以及穿梭效应所引起的活性材料的低化学利用率。此外，硫的转化反应伴随着高达80％的体积变化，限制了锂硫电池的循环寿命。为了解决这些问题，科研工作者们致力于开发硫的复合材料来提高其导电性，并通过结构设计来抑制穿梭效应，调节体积变化。其中，碳材料在作为硫的载体材料方面有着诸多优势。其良好的导电性可改善硫正极的电导性，多孔结构既可有效抑制穿梭效应又可固定活性物质硫，以及调节体积变化。其次碳材料还有着低密度，减轻电极材料自重，以及化学性质稳定等优点。因此，碳硫复合材料的设计与制备成为了解决锂硫电池当前限制的新方向。[00