一种硫碳复合正极材料及其制备方法.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CN109065851A(43)申请公布日2018.12.21(21)申请号201810703362.5(22)申请日2018.06.30(71)申请人合肥国轩高科动力能源有限公司地址230011安徽省合肥市新站区岱河路599号(72)发明人张成龙朱丽丽赵云(74)专利代理机构合肥天明专利事务所(普通合伙)34115代理人赵瑜金凯(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种硫碳复合正极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种硫碳复合正极材料及其制备方法，所述制备方法包括：将多孔碳材料与升华硫经过机械混合，置于真空气氛下的管式炉中进行高温处理后，以一定的气体流速通入惰性气体至一定的压力，保持一定的时间，降温研磨得到硫碳复合材料。本发明提出的硫碳复合材料的制备方法简单，成本低，升温过程中保持真空环境，较少材料表面吸附气体，有助于液态硫进入碳材料的多空结构中，同时降温至较低温度时充入惰性气体，内外压力差将表面的液态硫压至多孔碳的内部，使得材料容纳更多的升华硫；此方法得到的硫碳复合正极材料导电性好，硫含量高，循环性能优异。CN109065851ACN109065851A权利要求书1/1页1.一种硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将多孔碳与升华硫混合，置于高能球磨机中以一定的转速球磨一定时间；S2、将经过机械混合的多孔碳升华硫混合物，置于管式炉中，抽真空至一定的真空度，升温至温度T1保持一定时间，再升温至温度T2保持一定时间，随后降温至温度T1，缓慢充入惰性气体至一定的压力，保持一定时间后，自然降温；其中，0＜T1＜T2；S3、将经过热处理的复合材料经过机械球磨，得到硫碳复合正极材料。2.根据权利要求1所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于：在S1中，所述多孔碳为多层石墨烯片、碳纳米管、泡沫碳、碳纤维中的一种或者两种以上的混合物，其孔径为0.5nm~2μm，其比表面积为10~1500㎡/g。3.根据权利要求1~2任一项所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于：在S1中，多孔碳与升华硫的重量比为3:7~1:9。4.根据权利要求1所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于：在S1与S3中，高能球磨机转速为200~800rad/min。5.根据权利要求1所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于，S2的具体工艺为：将材料置于管式炉中，抽真空至-60~-100KPa，升温至135~165℃，保温3~6h，然后升温至280~320℃，保温2~4h，再降温至135~165℃，缓慢充入惰性气体，气体流速5~40cc/min，压力至0~10KPa，保温1~3h,最后降温自然冷却至室温。6.根据权利要求5所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于：整个过程升温或降温的速率为4~6℃/min。7.根据权利要求1或5或6所述硫碳复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤S2在耐高压的设备中进行反应，充入惰性气体至内部压力提高至1MPa以上。8.一种硫碳复合正极材料，其特征在于：采用如权利要求1~7中任一项所述硫碳复合正极材料的制备方法制备而成。9.根据权利要求8所述硫碳复合正极材料，其特征在于：其中硫的含量为65~90wt%。2CN109065851A说明书1/4页一种硫碳复合正极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种硫碳复合材料及其制备方法。背景技术[0002]近年，随着国内动力电池的发展，单体电池能量密度的提升成为各企业高校的重点研究方向。传统的电池体系由于材料的限制，能量密度已经达到其极限，新电池体系开发是目前研发的重点。[0003]锂硫电池由于其较高的能量密度成为目前的热点之一，但锂硫电池在实际应用方面存在不少的问题：首先单质硫是电子绝缘体，需要与很好导电性的材料复合使用，同时硫正极在充放电过程中体积会膨胀和收缩；其次单质硫和放电产物硫化锂导电性差，并且放电产物硫化锂的可逆性差；放电过程中单质硫首先被还原为长链多硫离子而溶解进入到有机电解液中，溶解的长链多硫离子穿过隔膜迁移到负极被还原成短链多硫离子，其中一部分短链多硫离子重新迁回正极造成“穿梭效应”；另一部分短链多硫离子在负极锂上进一步被还原成不溶物造成对锂负极的腐蚀。反复的穿梭过程导致活性材料的损失及电池界面阻抗增大，导致电池循环性能恶化。[0004]目前锂硫电池主要的解决方法有：构建特殊导电结构，来抑制充放电过程中活性材料体积膨胀及溶解；采用对多硫化物具有吸附作用的物质作为硫基