一种多孔硫复合正极材料及其制备方法与应用.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CN113823787A(43)申请公布日2021.12.21(21)申请号202110945500.2C01B21/076(2006.01)(22)申请日2021.08.17C01B17/02(2006.01)B82Y30/00(2011.01)(71)申请人华南理工大学B82Y40/00(2011.01)地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人刘军沈家东赵尉铭李少波鲁忠臣朱敏(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人何淑珍江裕强(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)C01B32/19(2017.01)权利要求书1页说明书6页附图13页(54)发明名称一种多孔硫复合正极材料及其制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种多孔硫复合正极材料及其制备方法与应用；本发明将可膨胀石墨在950～1000℃保温3～5分钟，得到膨胀石墨；将膨胀石墨、硫粉按照质量比1：x混合，其中x＝2‑4；向膨胀石墨、硫粉的混合粉末中添加水溶性硬模版、氮掺杂剂和纳米氮化钛后进行球磨，球磨后经水洗烘干后得到多孔硫复合正极材料。本发明所制备的多孔硫复合正极材料可以直接作为锂硫电池的正极的工作电极。本发明制备方法有效提高球磨效率，提高锂硫电池的循环性能和倍率性能，另一方面可以提高粉体振实密度，从而提升锂硫电池的能量密度，同时降低高性能硫复合正极材料的制备成本。CN113823787ACN113823787A权利要求书1/1页1.一种多孔硫复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将可膨胀石墨在950～1000℃保温3～5分钟，得到膨胀石墨；(2)将膨胀石墨、硫粉按照质量比1：x混合，其中x＝2‑4；(3)向步骤(2)的膨胀石墨、硫粉的混合粉末中添加水溶性硬模版后进行球磨，球磨后经水洗烘干后得到多孔硫复合正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保温为将可膨胀石墨装入石墨坩埚，放入950～1000℃预热的马弗炉中保温3～5分钟；步骤(2)中，所述x为2、3、4。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述球磨时间为8‑20h；所述球磨的磨球质量与混合粉末质量比为50～60：1；步骤(3)中，所述水溶性硬模版为氯化钠、氯化钾；所述水溶性硬模版的质量与硫粉的质量比为2～5：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，向所述的膨胀石墨、硫粉和水溶性硬模版的混合粉末中添加纳米氮化钛和氮掺杂剂后再进行球磨，球磨后经水洗烘干后得到多孔硫/氮化钛/氮掺杂石墨烯复合正极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氮化钛的质量为膨胀石墨与硫粉总质量的4％～7.4％；所述氮掺杂剂为尿素或双氰胺；所述氮掺杂剂与硫粉的质量比为1～2：1。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨为介质阻挡等离子体放电辅助高能球磨法。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述介质阻挡等离子放电采用的放电介质为低真空‑0.05MPa～‑0.098MPa氩气氛围条件或0.05MPa～0.098MPa氨氩混合气；所述氨氩混合气中氨气的体积比为25～30％。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体放电的电压为15KV，电流设置为1.2～1.5A。9.权利要求1‑8任一项所述的制备方法制备的多孔硫复合正极材料。10.权利要求9所述的多孔硫复合正极材料在作为锂硫电池正极材料中的应用。2CN113823787A说明书1/6页一种多孔硫复合正极材料及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种多孔硫复合正极材料及其制备方法与应用。技术背景[0002]随着便携式电子产品和电动汽车的发展日新月异，因此人们对储能设备(尤其是锂离子电池)需求日益增长。然而，常规锂离子电池正极的理论能量密度仅为500Whkg‑1，难以满足日益增长的能量需求。因此，需要寻找一种理论比容量更高的新型电池材料来满足社会发展的需求。[0003]锂硫电池最早在1962年由H.Danuta等人提出，由于其超高的能量密度(2500Whkg‑1)和硫本身在地壳中的丰度，逐渐引起研究人们的兴趣。但是由于硫本身存在导电性差，在充放电过程存在体积膨胀和可溶解的中间产物导致的“穿梭效应”的问题，使得硫正极材料无法直接作为电池的正极材料使用。后期研究人们发现使用一些多孔的碳材料并引入过渡金属化合物充当硫正极的载体可以有效提高硫材料在充放电过程的利用率和循环稳定性。一般来说，利用化学反应制备的硫载体材料