锂硫电池正极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CN109860571A(43)申请公布日2019.06.07(21)申请号201910153285.5(22)申请日2019.02.28(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区华城中路168号(72)发明人郑军华王亚州(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人赵天月(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7页附图1页(54)发明名称锂硫电池正极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了锂硫电池正极材料及其制备方法和应用，其中，制备方法包括：(1)将富含硅的生物质原料进行水洗和干燥，以便得到生物质备料；(2)将生物质备料进行炭化处理，以便得到碳前驱体；(3)将碳前驱体与碱液进行混合后并烘干，以便得到前驱体和碱的混合物；(4)将混合物在氮气气氛下高温加热并冷却至室温，利用盐酸进行洗涤后烘干，以便得到多孔碳；以及(5)将多孔碳和单质硫经球磨混合后置于氮气气氛下进行加热反应，以便得到生物质的锂硫电池正极材料。该制备方法具有工艺简单、效率好的优点，且制备得到的锂硫电池正极材料具有更高的容量和更长的循环寿命，将该锂硫电池正极材料用于制备锂硫二次电池可以进一步显著提高锂硫二次电池的克容量和循环寿命。CN109860571ACN109860571A权利要求书1/1页1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：(1)将富含硅的生物质原料进行水洗和干燥，以便得到生物质备料；(2)将所述生物质备料进行炭化处理，以便得到碳前驱体；(3)将所述碳前驱体与碱液进行混合后并烘干，以便得到前驱体和碱的混合物；(4)将所述混合物在氮气气氛下高温加热并冷却至室温，利用盐酸进行洗涤后烘干，以便得到多孔碳；以及(5)将所述多孔碳和单质硫经球磨混合后置于氮气气氛下进行加热反应，以便得到生物质的锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述富含硅的生物质为选自乔木科、莎草科和/或木贼科的生物质材料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳化处理是在氮气气氛下，以3-8摄氏度/分钟的升温速率升温至350-650摄氏度后维持2-4小时完成。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碱液为20wt％的氢氧化钾水溶液，所述碳前驱体与所述碱液中碱的质量比为1:0.5-3。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，将混合物转移到管式炉中，在氮气气氛下中加热到800度并保温3h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述多孔碳与所述单质硫的质量比为1:2-3.5；任选地，所述球磨混合是以300rpm的速度进行球磨2h完成。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳中碳含量为70-85wt％，Si23和SiO2的总含量为15-30wt％，所述多孔碳材料的BET为300-621m/g，孔容为0.3-0.6cm/g。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂硫电池正极材料中硫含量为60-75wt％、碳含量为20-35wt％、Si和SiO2的总含量为2-6wt％。9.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述锂硫电池正极材料由权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到。10.根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的锂硫电池正极材料在制备锂硫二次电池中用途。2CN109860571A说明书1/7页锂硫电池正极材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锂硫电池正极材料领域，具体而言，本发明涉及锂硫电池正极材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]动力电池就是电动汽车的心脏，是新能源汽车产业发展的关键。虽然我国动力电池产业在经过多年发展取得很大进步，但是目前动力电池产品能量密度和成本仍然难以满足新能源汽车推广普及需求。锂硫电池具有高的理论比容量和理论能量密度，被认为是目前最有前景的下一代二次电池体系之一。锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。利用硫作为正极材料的锂硫电池，硫的理论比容量和电池理论比能量分别达到了1675mAh/g和2600Wh/kg，远高于目前商业化的锂离子电池。单质硫在地球中储量丰富，并且石油冶炼的副产物就能提供丰富的硫磺，因此硫磺的价格非常低，仅1000元/吨，相比锂离子正极原料碳酸锂每吨高达16万元以上，其原料价格相差160倍以上。[0003]现阶段，锂硫电池的研究工作主要集中于高性能硫正极材料的设计与合成。优良的导电性、