一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料及制备方法.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CN113224281A(43)申请公布日2021.08.06(21)申请号202110268377.5C01B32/05(2017.01)(22)申请日2021.03.12(71)申请人上海电力大学地址200090上海市杨浦区沪城环路1851号(72)发明人张海燕闵宇霖廖柯璇耿远顾榕薛岚清(74)专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司31204代理人王伟珍(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/052(2010.01)C01B17/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料及制备方法(57)摘要本发明属于锂硫电池正极材料技术领域，提供了一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料及制备方法，采用废弃尿不湿作为原料通过冷冻干燥、碳化、酸洗，得到气泡状三维氮掺杂多孔碳基体，将单质硫与所得材料研磨均匀，再加入二硫化碳继续研磨，然后放入反应釜中，在155℃～160℃的高温环境下，使得硫掺杂入气泡状大孔内，得到锂硫电池的正极材料。该正极材料具有独特的气泡状大孔结构形貌，能够有效地固硫。其含有的大量的碳使其拥有良好离子传输速率提升了电池的循环性能，同时该材料还含有大量的阳离子，起到硫价态转变的催化作用，有效地抑制了锂硫电池的穿梭效应，减少充放电过程中多硫化物由于穿梭效应溶于电解液而造成的损失。CN113224281ACN113224281A权利要求书1/2页1.一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料，其特征在于，包括三维氮掺杂多孔碳基体和以及分散在所述三维氮掺杂多孔碳基体中的单质硫。2.一种如权利要求1所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将废弃尿不湿除去外层后切碎得到高吸水性聚合物颗粒，然后将所述高吸水性聚合物颗粒进行冷冻干燥；步骤S2，将冷冻干燥后的所述高吸水性聚合物颗粒在惰性气氛下于650℃～900℃进行碳化，得到气泡状多孔碳材料，然后将该气泡状多孔碳材料酸洗去除金属杂质，随后干燥得到三维氮掺杂多孔碳基体；步骤S3，将所述三维氮掺杂多孔碳基体与单质硫混合研磨，再加入二硫化碳继续充分研磨，然后放入密闭容器中加热一段时间，得到以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料。3.根据权利要求2所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，步骤S1中，所述冷冻干燥的过程为：将所述高吸水性聚合物颗粒放入真空冷冻干燥机中，于‑25℃～‑5℃温度下，冷冻12h～24h。4.根据权利要求2所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，步骤S2中，所述碳化的过程为：将所述高吸水性聚合物颗粒放置在管式炉内，采用惰性气氛，于650℃～900℃温度下保温30min～6h，升温速率为10℃/min～20℃/min。5.根据权利要求2所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，步骤S2中，所述酸洗的过程为：将所述气泡状多孔碳材料中加入稀酸溶液并超声10h，然后用热的蒸馏水洗直到pH达到中性，最后用无水乙醇洗涤后在真空烘箱中60℃干燥，得到三维氮掺杂多孔碳基体。6.根据权利要求5所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，所述稀酸溶液为稀盐酸溶液或者稀硫酸溶液，所述稀酸溶液的浓度为0.1mol/L，所述气泡状多孔碳与所述稀酸溶液的质量比为1:25～1:150。7.根据权利要求2所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，步骤S3中，将所述三维氮掺杂多孔碳基体与所述单质硫按照质量比为1:1～1:8混合，研磨时间0.5h～3h；然后按照所述三维氮掺杂多孔碳基体与所述二硫化碳的质量比1:5～1:30的比例，加入所述二硫化碳继续0.5h～3h后，然后放入密闭容器中于155℃～160℃加热6h～10h，得到以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料。8.根据权利要求2所述的以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：其中，步骤S3中，将所述以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料取出，放置在60℃～2CN113224281A权利要求书2/2页85℃的烘箱中保存。3CN113224281A说明书1/7页一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料及制备方法技术领域[0001]本发明属于锂硫电池正极材料技术领域，具体涉及一种以废弃尿不湿为原料的锂硫电池正极材料及制备方法。背景技术[0002]锂硫电池以硫单质为正极，以金属锂为负极。锂硫电池在电池充电过程中，处于电池负极的锂失去电子成为锂离子，处于