一種碳硫復(fù)合正極材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種碳硫復(fù)合正極材料，包括活性炭和硫，其特點(diǎn)在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫復(fù)合正極材料還摻雜有三氧化二鈷。該復(fù)合正極材料可用于鋰硫電池的正極，可以改善單質(zhì)硫作為正極時(shí)鋰硫電池的循環(huán)充放電性能，減少了鋰硫聚合物的產(chǎn)生，避免鋰硫不可逆的反應(yīng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種碳硫復(fù)合正極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰硫電池領(lǐng)域，涉及一種用于鋰硫電池的碳硫復(fù)合正極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]便攜式電子通信設(shè)備的發(fā)展對(duì)其所用的化學(xué)電源性能提出了更高的要求，尤其對(duì)電池的比能要求越來(lái)越高。作為鋰離子電池的一種，鋰/硫電池的理論比容量為1675 mAh/g，并且作為正極材料的單質(zhì)硫具有來(lái)源豐富、價(jià)格便宜、對(duì)環(huán)境友好、電池安全性好等優(yōu)點(diǎn)，因此鋰硫電池被認(rèn)為是下一代能提供高比能的最具潛力的電池體系。但是由于單質(zhì)硫是典型的電子和離子絕緣體，還原過(guò)程產(chǎn)生的中間體多聚硫化物易溶于有機(jī)液態(tài)電解液，部分溶解的多聚硫化物擴(kuò)散到達(dá)金屬鋰陽(yáng)極表面與其發(fā)生自放電反應(yīng)，加速鋰的腐蝕，生成無(wú)序的Li2S2和Li2S為部分不可逆反應(yīng)，這一系列的問(wèn)題都導(dǎo)致電極活性物質(zhì)利用率低和電池循環(huán)性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有單質(zhì)硫作為正極材料時(shí)電池循環(huán)性能差的問(wèn)題，提供一種碳硫復(fù)合正極材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種碳硫復(fù)合正極材料，包括活性炭和硫，其特點(diǎn)在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫復(fù)合正極材料還摻雜有三氧化二鈷。
[0005]上述碳硫復(fù)合正極材料的制備方法，包括:將活性炭與硫混合，在惰性氣氛下，于120?300°C保溫3?20小時(shí)，再將保溫后得到的混合物與三氧化二鈷顆?；旌涎心ィ玫剿鎏剂驈?fù)合正極材料。
[0006]進(jìn)一步,所述活性炭與硫的質(zhì)量比為1:(0.5?2)。
[0007]進(jìn)一步，所述三氧化二鈷顆粒與活性炭的質(zhì)量比為1:1。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明所述C/S復(fù)合材料的電鏡圖。
[0009]圖2為本發(fā)明所述C/S復(fù)合材料的充放電循環(huán)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0011]實(shí)施例1
將活性炭(分析純)和單質(zhì)硫(分析純)按1: 1.3的質(zhì)量比在球磨機(jī)中研磨均勻后，放入真空干燥箱中，沖入氬氣約20min，以排除里面的空氣，避免高溫下硫被氧化。然后在流動(dòng)的氮?dú)鈿夥障?，把活性炭與單質(zhì)硫混合物加熱到155°C左右，在此溫度下保持10小時(shí)，然后再將溫度升高到250度左右，在此溫度下保持3h，再放入球磨罐球磨10h，得到黑色產(chǎn)物。
[0012]按三氧化二鈷與活性炭質(zhì)量比為1:1，將三氧化二鈷顆粒與黑色產(chǎn)物充分研磨混合，均勻后，得到摻雜三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料。
[0013]電池性能的表征:將所得的復(fù)合材料與聚偏二氟乙烯(PVDF)按照質(zhì)量比80: 10稱(chēng)量，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)制成均勻漿狀，涂布后進(jìn)行烘干壓片，裁片制成正極片，鋰片作為負(fù)極片，lmol/L的LiPF6的EC/DNC (碳酸乙烯酯/碳酸丁烯酯，體積1:1)做為電解液，隔膜Celgard2300，組裝成扣式電池。
[0014]圖1是摻雜三氧化二鈷后的C/S復(fù)合材料。從圖中可清晰的看見(jiàn)三氧化二鈷已經(jīng)附著在單質(zhì)硫的周?chē)?，并且通過(guò)碳的搭橋，進(jìn)入之間的間隙。
[0015]圖2為本發(fā)明所述C/S復(fù)合材料的充放電循環(huán)圖。
[0016]對(duì)單質(zhì)硫的正極材料電池和復(fù)合材料的電池分別進(jìn)行循環(huán)特性測(cè)試。圖中A樣品為摻入三氧化二鈷的C/s復(fù)合材料，B樣品為未摻入三氧化二鈷時(shí)的C/S復(fù)合材料，從圖2可知，摻雜后，A樣品比容量和循環(huán)性能得到提高，在10次循環(huán)后，未摻三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料的容量保持率80%，而摻有三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料的容量保持率仍有88%，摻入三氧化鈷對(duì)C/S復(fù)合材料循環(huán)性能的提高有益。
【權(quán)利要求】
1.一種碳硫復(fù)合正極材料，包括活性炭和硫，其特征在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，所述碳硫復(fù)合正極材料還摻雜有三氧化二鈷。
2.權(quán)利要求1所述碳硫復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括:將活性炭與硫混合，在惰性氣氛下，于120?300°C保溫3?20小時(shí)，再將保溫后得到的混合物與三氧化二鈷顆?；旌涎心ィ玫剿鎏剂驈?fù)合正極材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳硫復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述活性炭與硫的質(zhì)量比為1:(0.5?2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述碳硫復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述三氧化二鈷顆粒與活性炭的質(zhì)量比為1:1。
【文檔編號(hào)】H01M4/36GK103730641SQ201310700582
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】梁興華, 曾帥波, 劉于斯, 史琳, 葉超超, 劉天驕, 華曉鳴, 宋清清, 劉浩 申請(qǐng)人:廣西科技大學(xué)