电极活性材料、正极及其制备方法和锂电池技术

本发明专利技术涉及一种电极活性材料、正极及其制备方法和锂电池。该电极活性材料的原料包括g‑C3N4和单质硫。以g‑C3N4与单质硫制备得到的电极活性材料，能够对锂硫电池正极放电过程中产生的多硫化物进行物理吸附和化学吸附，降低多硫化物在电解液中的溶解，有效抑制穿梭效应，提高锂硫电池的循环性能。

Electrode active material, cathode, preparation method and lithium battery

The invention relates to an electrode active material, a positive electrode, a preparation method thereof and a lithium battery. The raw materials of the electrode active material include g_C3N4 and elemental sulfur. The electrode active material prepared by g_C3N4 and elemental sulfur can physically and chemically adsorb the polysulfides produced during the positive discharge of lithium-sulfur batteries, reduce the dissolution of polysulfides in electrolyte, effectively inhibit shuttle effect and improve the cycle performance of lithium-sulfur batteries.

【技术实现步骤摘要】
电极活性材料、正极及其制备方法和锂电池
本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种电极活性材料、正极及其制备方法和锂电池。
技术介绍
锂硫电池由于具有高的理论能量密度和低成本，被认为是最具发展前景的下一代能源储存体系之一。锂硫电池在充放电过程中，正极产生的多硫化物(Li2Sx)容易溶解到电解液中，并穿过隔膜，向负极扩散，与负极的金属锂直接发生反应(即穿梭效应)，最终造成了锂硫电池中有效物质的不可逆损失而电池的循环性能差。为抑制锂硫电池的穿梭效应，目前多采用将多硫化物限制在碳基材料的孔隙或层内，以防止多硫化物的溶解，从而抑制穿梭效应。但是，目前抑制锂硫电池的穿梭效应的效果不理想，目前锂硫电池仍存在的循环性能差的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够提高锂硫电池的循环性能的电极活性材料。一种电极活性材料，所述电极活性的原料包括g-C3N4和单质硫。上述电极活性材料的原料包括g-C3N4和单质硫。以g-C3N4与单质硫制备得到的电极活性材料，能够对锂硫电池正极放电过程中产生的多硫化物进行物理吸附和化学吸附，降低多硫化物在电解液中的溶解，有效抑制穿梭效应，提高锂硫电池的循环性能。在其中一个实施例中，所述g-C3N4与所述单质硫的质量比为4～5：1。在其中一个实施例中，所述g-C3N4的孔容为0.5cm3/g～0.7cm3/g；及/或所述g-C3N4的比表面积为100m2/g～120m2/g。一种电极活性材料的制备方法，包括以下步骤：在保护气氛下，将上述电极活性材料的原料混合，得到混合物；及在保护气氛下，加热所述混合物，得到所述电极活性材料。在其中一个实施例中，还包括将三聚氰胺煅烧以得到所述g-C3N4的步骤。一种正极，制备所述正极的原料包括上述电极活性材料或上述电极活性材料的制备方法制得的电极活性材料。在其中一个实施例中，制备所述正极的原料还包括粘结剂、分散剂和导电剂中的至少一种。在其中一个实施例中，制备所述正极的原料还包括粘结剂、分散剂和导电剂，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯及羧甲基纤维素钠中的至少一种；及/或所述分散剂选自N-甲基吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮及去离子水中的至少一种；及/或导电剂选自炭黑、活性炭及介孔碳中的至少一种。一种正极的制备方法，包括以下步骤，将原料混合制浆，得到所述正极，其中，所述原料上述电极活性材料或上述电极活性材料的制备方法制得的电极活性材料。一种锂电池，包括正极，所述正极为上述正极或上述正极的制备方法制得。附图说明图1为实施例1的g-C3N4的SEM图；图2为实施例1的g-C3N4的TEM图；图3为实施例1的g-C3N4的红外光谱图；图4为实施例1的g-C3N4的XRD图；图5为实施例1的g-C3N4的氮气脱附吸附曲线；图6为实施例1的g-C3N4的孔径分布曲线图；图7为实施例1和实施例2的g-C3N4负载单质硫后的热重分析曲线；图8为实施例1的正极在1C电流倍率下(1小时完全充放电)的循环性能图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的部分实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本专利技术公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的电极活性材料，该电极活性材料的原料包括g-C3N4和单质硫。在其中一个实施例中，g-C3N4的比表面积为100m2/g～120m2/g。进一步地，g-C3N4的比表面积为100m2/g、105m2/g或110m2/g。在其中一个实施例中，单质硫为升华硫。在其中一个实施例中，g-C3N4与单质硫的质量比为4～5：1。进一步地，g-C3N4与单质硫的质量比为4：1、4.5：1或5：1。在其中一个实施例中，g-C3N4的孔容为0.5cm3/g～0.7cm3/g。进一步地，g-C3N4的孔容为0.5cm3/g、0.6cm3/g或0.7cm3/g。在其中一个实施例中，g-C3N4的孔径为30nm～60nm，进一步地，g-C3N4的孔径为40nm、50nm或60nm。在其中一个实施例中，g-C3N4的厚度为5μm～10μm，进一步地，g-C3N4的厚度为5μm、8μm或10μm。在其中一个实施例中，g-C3N4的比表面积为100m2/g～120m2/g，g-C3N4的孔容为0.5cm3/g～0.7cm3/g，g-C3N4的孔径为40nm～55nm，g-C3N4的厚度为7μm～12μm。上述电极活性材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S110、将三聚氰胺煅烧，得到g-C3N4。具体地，煅烧的条件为：以2℃/min～10℃/min的升温速度升至550℃～600℃，保温4～6小时。进一步地，煅烧的条件为：以5℃/min～10℃/min的升温速度升至500℃～550℃，保温7～10小时。在其中一个实施例中，在将三聚氰胺煅烧得到之后，还包括将g-C3N4进行研磨的步骤。具体地，将g-C3N4研磨至比表面积为100m2/g～120m2/g。步骤S130、在保护气氛下，将上述电极活性材料的原料混合，得到混合物。具体地，保护气氛为惰性气体，保护气氛防止单质硫被氧化。上述电极活性材料的原料混合方式为研磨混合。进一步地，研磨时间为25min～35min。研磨后，g-C3N4研磨至比表面积为100m2/g～110m2/g，单质硫的粒径为100nm～150nm。步骤S150、在保护气氛下，加热混合物，得到电极活性材料。具体地，在真空干燥箱中，将混合物在150℃～160℃温度下保温16h～20h，得到电极活性材料。进一步地，真空干燥箱的真空度为120Pa～150Pa。优选地，真空干燥箱的真空度为133Pa。上述电极活性材料的制备方法简捷，无需复杂的制备流程，而且原材料三聚氰胺成本低。一实施方式的正极，该正极的原料包括上述电极活性材料。具体地，正极材料的原料还包括辅料。辅料包括粘结剂、分散剂和导电剂中的至少一种。进一步地，粘结剂选自所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯及羧甲基纤维素钠中的至少一种；及/或所述分散剂选自N-甲基吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮及去离子水中的至少一种；及/或导电剂选自炭黑、活性炭及介孔碳中的至少一种。在其中一个实施例中，以质量份数计，正极材料的原料包括0.7份～0.8份的上述电极活性材料及0.3份～0.2份的辅料。在其中一个实施例中，以质量份数计，正极材料的原料包括0.7份～0.8份的上述电极活性材料、0.075份～0.05份的粘结剂、0.1份～0.05份的分散剂及0.125份～0.15份的导电剂。由上述电极活性材料制得的锂硫电池的正极的载硫量较高，循环性能好。上述正极的制备方法，包括以下步骤：将上述正极的原料混合制浆，得到正极。具体地，将上述正极的原料与水混合，得到浆料，其中浆料中固体含量为80％～90％。然后将浆料涂布、烘烤及分切，得到正极。上述正极的制备方法简捷，易操作，适合工业化生产。一实施方式的锂电池，包括上述正极。具体地，上述锂电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极活性材料，其特征在于，所述电极活性的原料包括g‑C3N4和单质硫。

【技术特征摘要】
1.一种电极活性材料，其特征在于，所述电极活性的原料包括g-C3N4和单质硫。2.根据权利要求1所述的电极活性材料，其特征在于，所述g-C3N4与所述单质硫的质量比为4～5：1。3.根据权利要求1所述的电极活性材料，其特征在于，所述g-C3N4的孔容为0.5cm3/g～0.7cm3/g；及/或所述g-C3N4的比表面积为100m2/g～120m2/g。4.一种电极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在保护气氛下，将权利要求1～3任一项所述的电极活性材料的原料混合，得到混合物；及在保护气氛下，加热所述混合物，得到所述电极活性材料。5.根据权利要求4所述的电极活性材料的制备方法，其特征在于，还包括将三聚氰胺煅烧以得到所述g-C3N4的步骤。6.一种正极，其特征在于，制备所述正极的原料包括权利要求1～3任一项所述的电极活性材料或权利要求4～5任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁鑫，吴文剑，范洪波，邱永福，金具涛，苏大为，汪国秀，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44