一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，它包括以下步驟：（a）將天然橡膠溶解在有機(jī)溶劑中形成溶液；（b）向所述溶液中加入硫粉，加熱反應(yīng)后減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑，得到硫化橡膠；（c）將所述硫化橡膠和碳納米管研磨混合，真空干燥即可。該方法工藝步驟簡(jiǎn)單，不僅能降低成本而且無(wú)污染物產(chǎn)生，可在工業(yè)中廣泛生產(chǎn)，具有實(shí)用性和環(huán)境安全性；與普通的硫粉和碳材料混合依靠物理吸附多硫化物的正極材料相比，橡膠高分子與硫元素依靠化學(xué)鍵交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，賦予了鋰硫電池優(yōu)秀的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于能源器件電機(jī)材料領(lǐng)域，涉及一種鋰硫電池正極材料，具體涉及一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]天然橡膠是從天然植物中采集的膠乳制成的，以順-1，4_聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量在3萬(wàn)?3000萬(wàn)之間，與鋼鐵、石油、煤炭并稱四大工業(yè)原料。產(chǎn)地主要集中在東南亞地區(qū)，約占世界天然橡膠種植面積的90 %，生產(chǎn)國(guó)主要有泰國(guó)、印度尼西亞、馬來(lái)西亞、中國(guó)、印度、越南、緬甸、斯里蘭卡等，尤以前三國(guó)為主，產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的60%以上，2015年全球產(chǎn)量在1000萬(wàn)噸以上，現(xiàn)主要應(yīng)用于輪胎、膠管、膠帶、電線電纜和多數(shù)橡膠制品。
[0003]面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，發(fā)展具有高能量密度、高安全性、長(zhǎng)循環(huán)壽命、綠色環(huán)保和低成本的二次電池在新能源領(lǐng)域十分迫切。近年來(lái)，由于傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料的理論容量的限制，越來(lái)越不能滿足未來(lái)的市場(chǎng)需求，相比于傳統(tǒng)的正極材料，單質(zhì)硫具有極高的理論容量(1675 mAh/g)，與金屬鋰組成的鋰硫電池的能量密度高達(dá)2600 Wh/kg，而且成本低、資源豐富、無(wú)毒安全、環(huán)境友好，所以鋰硫電池現(xiàn)已成為下一代高能量密度鋰二次電池的研究和開發(fā)的重點(diǎn)。如果能夠?qū)⑻烊幌鹉z應(yīng)用到鋰硫電池領(lǐng)域?qū)?duì)其發(fā)展產(chǎn)生積極的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，它包括以下步驟:
(a)將天然橡膠溶解在有機(jī)溶劑中形成溶液；
(b)向所述溶液中加入硫粉，加熱反應(yīng)后減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑，得到硫化橡膠；
(C)將所述硫化橡膠和碳納米管研磨混合，真空干燥即可。
[0006]優(yōu)化地，所述天然橡膠和所述硫粉的質(zhì)量比為1:1?3。
[0007]進(jìn)一步地，所述硫化橡膠和碳納米管的質(zhì)量比為I?3:1。
[0008]進(jìn)一步地，所述天然橡膠的濃度為10?50mg/mLo
[0009]優(yōu)化地，步驟(a)中，所述有機(jī)溶劑為鄰二氯苯、甲苯、和氯仿中的一種或幾種。
[0010]優(yōu)化地，步驟(b)中，所述加熱溫度為160?200°C。
[0011]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，工藝步驟簡(jiǎn)單，不僅能降低成本而且無(wú)污染物產(chǎn)生，可在工業(yè)中廣泛生產(chǎn)，具有實(shí)用性和環(huán)境安全性;與普通的硫粉和碳材料混合依靠物理吸附多硫化物的正極材料相比，橡膠高分子與硫元素依靠化學(xué)鍵交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，賦予了鋰硫電池優(yōu)秀的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖1為實(shí)施例1中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖2為實(shí)施例2中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖3為實(shí)施例3中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖。
[0013]附圖4為實(shí)施例4中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖5為實(shí)施例5中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖6為實(shí)施例6中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖。
[0014]附圖7為實(shí)施例7中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖8為實(shí)施例8中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖；
附圖9為實(shí)施例9中制得的鋰硫電池正極材料組裝成鋰硫電池電池后測(cè)得的電化學(xué)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，它包括以下步驟:
(a)在室溫下將Ig天然橡膠(上海立深行國(guó)際貿(mào)易有限公司，UNR)溶解在50ml鄰二氯苯中形成濃度為20mg/mL的溶液；
(b)取3g硫粉加入上述的天然橡膠溶液中，在175°C攪拌反應(yīng)40分鐘，減壓蒸餾除去鄰二氯苯，得到有彈性的硫化橡膠；
(c)在室溫下，按質(zhì)量比2:1將硫化橡膠與碳納米管研磨為細(xì)膩均勻的混合物，然后在60°C下真空干燥即可。
[0017]將步驟(C)得到的產(chǎn)物作為鋰硫電池正極材料，與PVDF(聚偏氟乙烯粉末，合肥科晶材料技術(shù)有限公司)按質(zhì)量比9:1研磨，并參照現(xiàn)有技術(shù)(Angewandte Chemie , 2016 ,128(9): 3158-3163.)制備成電極并組裝鋰硫電池，測(cè)試其電化學(xué)性能，循環(huán)容量為625mAh/g，循環(huán)100圈后谷s；保持率為94%，結(jié)果如圖1所不。
[0018]實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，取2g硫粉加入上述的天然橡膠溶液中。最終組裝成的鋰硫電池電化學(xué)性能如圖2所示，它的循環(huán)容量為550 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率82%。
[0019]實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，取Ig硫粉加入上述的天然橡膠溶液中。最終組裝成的鋰硫電池電化學(xué)性能如圖3所示，它的循環(huán)容量為500 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為80%。
[0020]實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(a)中，取Ig天然橡膠溶解在20ml丙二醇溶液中形成濃度為50mg/mL的溶液。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的循環(huán)容量為625 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為94%，結(jié)果如圖4所示。
[0021]實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(a)中，取Ig天然橡膠溶解在10ml間二氯苯溶液中形成濃度為1mg/mL的溶液。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的循環(huán)容量為625 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為94%，結(jié)果如圖5所示。
[0022]實(shí)施例6
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(c)中，硫化橡膠與碳納米管的質(zhì)量比為1:1。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的循環(huán)容量為670 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為67%，結(jié)果如圖6所示。
[0023]實(shí)施例7
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(c)中，硫化橡膠與碳納米管的質(zhì)量比為3:1。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的循環(huán)容量為450 mAh/g，結(jié)果如圖7所示。
[0024]實(shí)施例8
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，取硫粉加入天然橡膠溶液中，在160°C攪拌反應(yīng)60分鐘。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的第一圈的循環(huán)容量為740 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為61%，結(jié)果如圖8所示。
[0025]實(shí)施例9
本實(shí)施例提供一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其制備方法與實(shí)施例1中的基本一致，不同的是:步驟(b)中，取硫粉加入天然橡膠溶液中，在200°C攪拌反應(yīng)20分鐘。測(cè)得最終組裝成的鋰硫電池的循環(huán)容量為560 mAh/g，循環(huán)100圈后容量保持率為85%，結(jié)果如圖9所不。
[0026]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在于，它包括以下步驟: (a)將天然橡膠溶解在有機(jī)溶劑中形成溶液； (b)向所述溶液中加入硫粉，加熱反應(yīng)后減壓蒸餾除去有機(jī)溶劑，得到硫化橡膠； (c)將所述硫化橡膠和碳納米管研磨混合，真空干燥即可。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在:所述天然橡膠和所述硫粉的質(zhì)量比為I: I?3。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在:所述硫化橡膠和碳納米管的質(zhì)量比為I?3:1。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在:所述天然橡膠的濃度為1?50 mg/mLo5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在:步驟(a)中，所述有機(jī)溶劑為鄰二氯苯、丙二醇和間二氯苯中的一種或幾種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用硫化橡膠制備鋰硫電池正極材料的方法，其特征在:步驟(b)中，所述加熱溫度為160?200°C。
【文檔編號(hào)】C08K7/00GK105924689SQ201610300862
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】晏成林, 沈曉魏, 錢濤
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)