一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及锂硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法。本发明专利技术的一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料由如下方法制备得到：将硫在150℃～280℃熔化后加入咪唑盐离子液体分散均匀，得到分散液；将分散液的温度降低至115℃～150℃，在分散液中加入氢键有机框架HOF，搅拌后超声处理5～25min混合均匀，使硫熔化后与离子液体在氢键有机框架的孔中驻留，得到混合物；将混合物降温至25℃～55℃冷凝后离心，除去浮在表面的咪唑盐离子液体得到一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料。本发明专利技术避免了电极裂纹的产生，有效抑制了硫电极体积变化造成的容量衰减，大大提升了锂硫电池的循环稳定性。

Organic framework stable lithium sulfur battery electrode material and preparation method

The invention relates to the technical field of electrode materials for lithium sulfur batteries, in particular to an organic frame stable electrode material for lithium sulfur batteries and a preparation method thereof. An organic frame stable electrode material for lithium sulfur batteries is prepared by the following method: sulfur is melted at 150 to 280 degrees Celsius, then imidazolium salt ionic liquids are added to disperse evenly to obtain the dispersed liquid; the temperature of the dispersed liquids is reduced to 115 to 150 degrees Celsius; the hydrogen bonded organic frame HOF is added to the dispersed liquid; and the ultrasonic part is stirred after the dispersed liquid is dispersed After 5-25 minutes of mixing, sulfur melted and ionic liquids resided in the holes of the hydrogen-bonded organic frameworks to obtain the mixture. The mixture was cooled to 25 ~55 ~C and condensed and centrifuged to remove the floating imidazole salts ionic liquids to obtain an organic framed stable electrode material for lithium-sulfur batteries. The invention avoids the occurrence of electrode cracks, effectively suppresses the capacity attenuation caused by the volume change of the sulfur electrode, and greatly improves the cycle stability of the lithium sulfur battery.

【技术实现步骤摘要】
一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法
本专利技术涉及锂硫电池电极材料
，具体涉及一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法。
技术介绍
随着电池在电动汽车的应用，产品性能不断提高，但是目前大规模商品化的电池不能很好地满足一些高容量、高能量密度的应用需求。尤其是当前的动力电池体系希望达到进一步延长续航里程的目标，对新型电池提出了更高的要求。就是由于电池的质量能量密度。从目前技术上来看，理论能量密度最高的两个体系是锂硫电池和锂空气电池，这两类电池的质量能量密度均超过500Wh/kg，能够较好地提升电动汽车的行驶里程数。锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，是锂电池的一种。其比容量高达1675mAh/g，是一种非常有前景的锂电池。但是，硫具有不导电、中间产物聚硫锂溶于电解质、体积膨胀严重等缺点，这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战。特别是在循环过程中硫电极的体积形变大，致使硫电极内部产生微裂纹，加剧锂硫电池的容量衰减。申请号为201610885345.9的中国专利申请公开了一种用于锂硫电池的电解液，其主要由电解质盐和有机溶剂组成。有机溶剂包含醚类有机溶剂和硫化物增溶剂。本专利技术公开了一种硫化物在有机溶剂中溶解度的测定方法。本专利技术还公开了一种硫化物增溶剂的复配方法。本专利技术提供了一种包含前述电解液的锂硫电池，其负极活性材料为金属锂或含锂合金，正极由正极活性材料、导电剂和粘合剂按比例共混球磨而成，正极活性材料为硫单质或含硫化合物。本专利技术产品具有原料易得、工艺简单，能够提高锂硫电池倍率性能等优点。申请号为201410853273.0的中国专利申请公开了一种锂硫电池正极、锂硫电池及其制备方法，属于电池材料领域。所述正极材料中心为功能化碳纳米材料，中间夹层为硫，外层为聚多巴胺膜，功能化为羟基化或羧基化。制备方法如下：将碳纳米材料溶解于碱或酸液中获得功能化碳纳米材料；将功能化碳纳米材料加入硫源水溶液中，搅拌后滴加稀酸，得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料；将外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入三(羟甲基)甲烷缓冲液中与多巴胺盐酸盐溶液聚合反应，得到所述正极材料。还涉及正极材料为所述正极材料的锂硫电池；所述电池还可含有聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。所述正极材料可抑制“飞梭效应”和体积膨胀造成的结构破坏；所述的锂硫电池具有良好的循环性能和容量保持率。申请号为201410733795.7的中国专利申请公开了一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池，该制备方法包含：步骤1，将单质硫、导电剂和粘结剂以（70～90）：（20～2）：（10～8）的比例混合，制备正极极片；步骤2，通过快速加热升华或物理溶解的方法除去正极极片表面的单质硫，从而获得多孔硫正极。本专利技术通过将单质硫材材、导电剂和粘结剂混合制备出高硫含量的硫正极，然后通过快速加热升华或物理溶解的方法除去表面的部分单质硫，进而实现用于锂硫二次电池的多孔的硫正极，该方法制备的硫正极具有多孔结构、易吸液、吸液量大、微观骨架结构稳定、缓解正极体积膨胀、单质硫利用率高、循环性能好等显著优点。申请号为201610438674.9的中国专利申请公开了一种新型的锂硫电池正极材料，由常用的锂电池正极材料磷酸铁和纳米硫复合而成。在表面活性剂的作用下，用含硫化合物和酸性物质反应生成纳米硫，硫经处理后重新分散，在含硫的溶液里用含磷物质和含铁物质反应生成磷酸铁，最后合成硫/磷酸铁复合纳米材料。纳米材料可以缩短电子和离子在材料中的传递距离，从而有效提高硫的利用率。将此正极材料应用于锂硫电池，表现出了良好的电化学性能。磷酸铁作为锂硫电池的正极材料，具有多重功能：磷酸铁能够活化绝缘的Li2S；促进离子和电子的传递；吸附多硫化物；防止活性物质团聚；起到一定的导电作用。磷酸铁的多重作用显著提高了硫的利用率和电池的循环稳定性。申请号为201710416270.4的中国专利申请公开了一种锂硫电池正极材料的制备方法，涉及由活性材料组成的电极，是一种将模板法与喷雾干燥技术相结合的造孔技术对石墨烯进行结构改性制备石墨烯空心球，再通过球磨和热熔融法掺硫的工艺，制备石墨烯空心球-硫复合三维结构锂硫电池正极材料的方法，克服了现有技术制备的锂硫电池正极材料中硫的有效负载量低，多硫化物“穿梭效应”明显，锂硫电池的体积膨胀效应显著以及电池的电化学性能不稳定的缺陷。申请号为201710313266.5的中国专利申请公开了一种锂硫电池复合正极及其制备方法。该锂硫电池复合正极主要由铁电材料和石墨烯的混合喷涂层、碳/硫浆料刮涂层、铁电材料喷涂层构成。本专利技术的两层喷涂层能缓解正极材料充放电过程中的体积膨胀，维持结构稳定；双层喷涂层双重吸附长链多硫化物，限制多硫化物的溶解，有效解决“飞梭效应”，提高了锂硫电池比容量和循环寿命；本专利技术中用简单的喷涂工艺，喷涂出厚度可控的薄膜层，适于广泛生产。申请号为201210260069.9的中国专利申请公开了一种锂硫电池用正极复合材料及其制备方法,所述正极复合材料是以含Si-O键的导电聚合物为壳，壳内包有硫的壳核结构，其中硫的质量分数为10-90%。用作锂硫电池正极材料时，因材料本身含有的Si-O键具有“收纳囊”的功能，对电池放电过程中形成的多硫化锂具有较强的吸附及释放能力，可以有效的抑制多硫化锂的“穿梭效应”，提高电池的循环稳定性及库伦效率。目前锂硫电池的硫主要通过多孔碳，利用多孔碳的吸附特性抑制放电产物的溶解，避免在充放电时的不导电产物在碳粒外表面沉积。但对硫体积变化的抑制有限。现在还没有有效的手段抑制硫体积变化。
技术实现思路
针对以上现有锂硫电池中硫正极体积变化大、循环稳定性差、容量衰减快的缺陷等技术问题，本专利技术提出一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法。为达到本专利技术的第一个目的，一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料的制备方法，具体制备方法如下：（1）、将硫在150℃～280℃熔化后加入咪唑盐离子液体分散均匀，得到分散液；（2）、将步骤（1）制备得到的分散液的温度降低至115℃～150℃，在分散液中加入氢键有机框架HOF，搅拌后超声处理5～25min混合均匀，使硫熔化后与离子液体在氢键有机框架的孔中驻留，得到混合物；（3）、将步骤（2）制备得到的混合物降温至25℃～55℃冷凝后离心，除去浮在表面的咪唑盐离子液体，即得到一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料。本专利技术所述的咪唑盐离子液体是由阴离子和阳离子组成的，阳离子的主要部分是咪唑环，阳离子的咪唑环上还可以有侧链，侧链可以是不同的碳链，也可以是1,2,3三取代的；咪唑盐离子液体的阴离子可以为氯离子、溴离子等等。咪唑盐离子液体可以购买也可以直接采用现有的方法制备得到，例如：将丙烯基氯与甲基咪唑按照摩尔比为1.5:1混合，搅拌，55摄氏度回流8小时，蒸发得到咪唑盐离子液体。或将溴乙烷与甲基咪唑按照摩尔比为1.5:1混合，60摄氏度回流1小时，产生白色固体，继续回流24小时，90摄氏度旋转蒸发，得到咪唑盐离子液体。或者将烯丙基溴与甲基咪唑按照摩尔比为1.2:1混合，水浴冷却反应3小时，90摄氏度加热反应3.5小时，80摄氏度旋转蒸发得到深红色粘稠液体即为咪唑盐离子液体。或将氯代正丁烷与甲基咪唑按照摩尔比为1.2:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：（1）、将硫在150℃～280℃熔化后加入咪唑盐离子液体分散均匀，得到分散液；（2）、将步骤（1）制备得到的分散液的温度降低至115℃～150℃，在分散液中加入氢键有机框架HOF，搅拌后超声处理5～25min混合均匀，使硫熔化后与离子液体在氢键有机框架的孔中驻留，得到混合物；（3）、将步骤（2）制备得到的混合物降温至25℃～55℃冷凝后离心，除去浮在表面的咪唑盐离子液体，即得到一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：（1）、将硫在150℃～280℃熔化后加入咪唑盐离子液体分散均匀，得到分散液；（2）、将步骤（1）制备得到的分散液的温度降低至115℃～150℃，在分散液中加入氢键有机框架HOF，搅拌后超声处理5～25min混合均匀，使硫熔化后与离子液体在氢键有机框架的孔中驻留，得到混合物；（3）、将步骤（2）制备得到的混合物降温至25℃～55℃冷凝后离心，除去浮在表面的咪唑盐离子液体，即得到一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料。2.根据权利要求1所述的一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1)所述的硫与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51