一种硫碳复合材料的一步水热制备方法和应用.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CN113764635A(43)申请公布日2021.12.07(21)申请号202110950146.2(22)申请日2021.08.18(71)申请人广东东岛新能源股份有限公司地址524047广东省湛江市奋勇高新区东盟产业园文莱路1号(72)发明人范旭良王宪王泳茵(74)专利代理机构北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)11535代理人刘元霞聂稻波(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种硫碳复合材料的一步水热制备方法和应用(57)摘要本发明公开一种硫碳复合材料的一步水热制备方法和应用，包括以单质硫和有机分子为原料，在水溶剂中，通过高温水热条件下的碳化过程，在碳材料生成过程中原位附着单质硫，制备得到硫碳复合材料。本发明利用单质硫在热水中的可溶性结合有机分子在高温水热条件下的碳化过程，在碳材料生成过程中原位附着单质硫，以这种自下而上的组装过程实现单质硫在碳材料体相内部均匀分布的硫碳复合材料的制备。相较于传统的两步制备法，本发明可以通过一步水热实现硫碳复合材料的设计，并以水作为溶剂，不仅绿色环保大大降低了成本，并且操作简单，有利于实现工业化生产。且本发明以水作为溶剂，成本较低，有极大的应用前景。CN113764635ACN113764635A权利要求书1/1页1.一种硫碳复合材料的一步制备法，其特征在于，包括以单质硫和有机分子为原料，在水溶剂中，通过高温水热条件下的碳化过程，在碳材料生成过程中原位附着单质硫，制备得到硫碳复合材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机分子可以为有机小分子或有机大分子中的一种。优选地，所述有机小分子例如可以为葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、环糊精等中的至少一种。优选地，所述有机大分子例如可以为淀粉、壳聚糖等中的至少一种。优选地，所述单质硫包括升华硫、纳米硫等不同形貌的单质硫中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述单质硫、有机分子与水的质量比为(0.1‑1):(0.1‑1):(20‑100)。4.如权利要求1‑3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为100‑200℃。优选地，所述水热反应的时间2‑24h。5.如权利要求1‑4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应前，还包括将单质硫和有机分子分散于水中。优选地，所述分散方式包括球磨、超声和机械搅拌中的一种、两种或更多种。6.如权利要求1‑5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括待反应结束后，对反应体系进行固液分离得到反应产物的过程。7.如权利要求1‑6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硫碳复合材料的一步制备法，包括如下步骤：(1)前驱体悬浊液的配制：将单质硫和有机分子分散于水中，制备得到前驱体悬浊液；(2)高温水热过程：将步骤(1)所得悬浊液转移到水热反应釜中，控制反应温度在100‑200℃，反应时间2‑24h，压力控制在1‑10MPa，待水热过程结束，通过过滤或抽滤等方法去除溶剂，得到硫碳复合材料。8.权利要求1‑7任一项所述的制备方法制备得到的硫碳复合材料。优选地，所述硫碳复合材料中，硫的占比为35‑76％。9.权利要求8所述的硫碳复合材料在锂硫电池中的应用。10.一种锂硫电池，其含有权利要求8所述的硫碳复合材料。优选地，所述电池中还包括导电剂导电炭黑和粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)。优选地，所述电池中，硫碳复合材料、导电剂和粘接剂的质量比为导电剂及粘结剂的质量比为(8～0):(1～9):1。2CN113764635A说明书1/4页一种硫碳复合材料的一步水热制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种硫碳复合材料的一步水热制备方法和应用，尤其涉及一种以有机物分子和单质硫为原料，一步水热制备硫碳复合材料的方法。背景技术[0002]随着各类电子产品在人们日常生活中的日益普及，社会对能源的需求也越来越大，以锰酸锂、钴酸锂等含锂过渡金属氧化物作为正极，碳为负极的传统锂离子电池(能量密度低于350Wh/kg)已经难以满足人类社会日益增长的能源需求。因此，开发具有高能量密度的新型储能体系迫在眉睫。其中，以单质硫作为正极，金属锂作为负极的锂硫电池因其极高的理论能量密度(2600Wh/kg)而引起工业界和科研界广泛的研究兴趣。但受限于正极储能成分单质硫极低的电导率、中间产物多硫化锂的溶解扩散以及充放电过程中活性材料体积膨胀等问题，锂硫电池一直难以应用于实际生产生活中。[0003]为克服硫电极存在的缺陷，将单质硫与具有丰富表面结构的多孔碳载体复合，以提