一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂硫电池技术领域。所述制备方法包括：1)将剑麻纤维洗净剪成小段，对剑麻纤维进行前期处理，包括炭化、球磨和进行水热反应，得到剑麻纤维活性炭粉末；2)将Na

【技术实现步骤摘要】
一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂硫电池
，具体涉及一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法。
技术介绍
随着社会的发展，能源问题日益突出，环境问题日益严峻，可持续发展已经成为全社会的共识。为了人与自然和谐发展，世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源和可再生能源的开发和应用。各类便携电子设备的普及和电动汽车等新能源动力设备的发展，迫切需求高容量的锂二次电池。含硫正极材料，是正极材料中比容量较高的一类研究对象，多数含硫正极材料的比容量可达到500mAh/g以上，符合高比能量电池的要求，而且还有进一步提高硫含量以增加比容量的可能性。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提供一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法。该方法利用廉价易得、绿色环保的硫单质与剑麻纤维活性炭材料复合，借助用剑麻纤维活性炭丰富的多孔结构，使单质硫嵌入活性炭的孔结构中，增大了反应面积，降低了硫电极放电产物的溶解，从而提高了活性物质利用率，改善了锂硫电池的循环可逆性能，使得所制备的硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料具有良好的电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将剑麻纤维洗净剪成长约1-2cm的小段置于坩埚中，在以惰性气体作为保护气的管式炉煅烧2h，煅烧温度为700-1200℃，升温速率为3-4℃/min，待炉温自然冷却至室温后，得到黑色纤维状炭材料，并在行星式球磨机中以转速35r/s球磨粉碎5-8h，制得剑麻纤维炭粉末样品，继续将所得到的粉末样品作进一步处理：将所得到的粉末样品放入鼓风干燥机中升温至120-140℃水热5-6h，自然冷却后洗涤干燥得到剑麻纤维活性炭粉末；(2)将不同浓度的Na2S2O3溶液和酸溶液与步骤(1)得到的剑麻纤维活性炭粉末均匀混合，搅拌均匀后转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜移至鼓风干燥箱中，在100-180℃条件下再次水热6h，将反应结束后得到的样品经过滤、洗净、烘干后得到黑色粉末样品，即为硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料。优选地，步骤(1)中对所得到的粉末样品作进一步处理的具体过程为：取70mL蒸馏水置于烧杯中，加入1g的粉末样品，搅拌均匀后转移至内衬聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜放至鼓风干燥箱中，在120-140℃条件下水热5-6h，待其自然冷却后过滤并用无水乙醇洗涤，再在鼓风干燥箱80℃干燥12h，得到剑麻纤维活性炭粉末样品。优选地，所述酸溶液为硫酸、硝酸或盐酸。优选地，步骤(2)中Na2S2O3溶液和酸溶液所加入的量均为35mL，所述Na2S2O3溶液和酸溶液的浓度为0.5-1mol/L，且Na2S2O3溶液和酸溶液与剑麻纤维活性炭粉末在60-80℃温度下的搅拌均匀。优选地，步骤(2)中Na2S2O3溶液和酸溶液与步骤(1)得到的剑麻纤维活性炭粉末的混合具体为：将五水合硫代硫酸钠溶于去离子水中，配成35mL浓度为0.5-1mol/L的Na2S2O3溶液后，将装有Na2S2O3溶液的烧杯至于60-80℃的水浴中，再在搅拌过程中往烧杯中滴加35mL浓度为0.5-1mol/L的的硫酸溶液，最后再加入步骤(1)得到的剑麻纤维活性炭粉末，继续在磁力搅拌器上加速搅拌均匀。这一步骤使得Na2S2O3溶液与硫酸溶液得到更充分的混合，提高了反应物的反应速率，大大缩短了后续的水热反应所需的水热时间。优选地，步骤(2)中还包括在烘干后对黑色粉末样品过200目筛。优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种。通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术中，剑麻纤维活性炭是一种具有强吸附性的多孔碳，正是由于它的多孔特征从而决定了活性炭的高比表面积、高表面活性及高吸附量。将硫单质与剑麻纤维活性炭材料复合后，一方面分散在剑麻纤维活性炭中的单质硫提高了正极材料的比容量，剑麻纤维活性炭的微孔结构可有效抑制单质硫及其放电产物不可逆的溶解到电解质中，增强反应活性，提高活性物质的利用率；另一方面剑麻纤维活性炭具有良好的电子导电性能，整体改善了单质硫的导电性能，两者综合可使得所制备的硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料具有良好的电化学性能。电化学测试表明，本专利技术制备的硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料具有较高的比容量和良好的循环稳定性。该复合材料的首次放电比容量为1223mAh/g，在首次充放电循环后，充放电效率仍能有90％。【附图说明】图1为本专利技术各实施例的XRD图；图2为本专利技术实施例5制备得到的复合正极材料的SEM图。图3为本专利技术实施例1-实施例5的电化学循环性能对比图。图4为本专利技术实施例10制备得到的复合正极材料的SEM图。图5为本专利技术实施例6-10的电化学循环性能对比图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将剑麻纤维洗净剪成约2cm长的小段置于坩埚中，在管式炉中以氮气作为保护气体炭化2h，炭化温度为900℃，升温速率为3℃/min，待炉温自然冷却至室温后，将得到的炭材料在行星式球磨机中以转速35r/s球磨粉碎5h，制得粉末样品。(2)继续对所制得的粉末样品作进一步处理：取70mL蒸馏水置于烧杯中，加入1g的粉末样品，并移至内衬聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜移至鼓风干燥箱中，在140℃条件下水热6h，待其自然冷却后过滤并用无水乙醇洗涤，再在鼓风干燥箱80℃干燥12h，得到剑麻纤维活性炭粉末。(3)将五水合硫代硫酸钠溶于去离子水中，配成35mL浓度为0.5mol/L的Na2S2O3溶液后，将装有Na2S2O3溶液的烧杯至于80℃的水浴中，再在搅拌过程中往烧杯中滴加35mL浓度为0.5mol/L的的硫酸溶液，最后再加入步骤(2)得到的剑麻纤维活性炭粉末，继续在磁力搅拌器上加速搅拌均匀得混合液。搅拌均匀后，将混合液转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜移至鼓风干燥箱中，在100℃温度下置于鼓风干燥箱中再次水热反应6h，待其自然冷却后将反应得到的样品过滤、洗净，在80℃的真空干燥箱中干燥后得到不同水热温度的硫/剑麻纤维活性炭复合正极材料，记为1-100-0.5。(4)电池制备：将0.32g步骤(3)所得的复合正极材料、0.04g乙炔黑以及0.04gPVDF(聚偏氟乙烯)混合，加入溶剂NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)，搅拌至糊状，均匀涂覆于厚度为10μm铜箔上，然后将铜箔放入鼓风干燥箱中60℃干燥4h，再将铜箔转移至真空干燥箱110℃真空干燥12h，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将剑麻纤维洗净剪成长约1-2cm的小段置于坩埚中，在以惰性气体作为保护气的管式炉煅烧2h，煅烧温度为700-1200℃，升温速率为3-4℃/min，待炉温自然冷却至室温后，得到黑色纤维状炭材料，并在行星式球磨机中以转速35r/s球磨粉碎5-8h，制得剑麻纤维炭粉末样品，继续将所得到的粉末样品作进一步处理：将所得到的粉末样品放入鼓风干燥机中升温至120-140℃水热5-6h，自然冷却后洗涤干燥得到剑麻纤维活性炭粉末；/n(2)将不同浓度的Na

【技术特征摘要】
1.一种硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将剑麻纤维洗净剪成长约1-2cm的小段置于坩埚中，在以惰性气体作为保护气的管式炉煅烧2h，煅烧温度为700-1200℃，升温速率为3-4℃/min，待炉温自然冷却至室温后，得到黑色纤维状炭材料，并在行星式球磨机中以转速35r/s球磨粉碎5-8h，制得剑麻纤维炭粉末样品，继续将所得到的粉末样品作进一步处理：将所得到的粉末样品放入鼓风干燥机中升温至120-140℃水热5-6h，自然冷却后洗涤干燥得到剑麻纤维活性炭粉末；
(2)将不同浓度的Na2S2O3溶液和酸溶液与步骤(1)得到的剑麻纤维活性炭粉末均匀混合，搅拌均匀后转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中，将反应釜移至鼓风干燥箱中，在100-180℃条件下再次水热6h，将反应结束后得到的样品经过滤、洗净、烘干后得到黑色粉末样品，即为硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料。


2.根据权利要求1所述的硫/剑麻纤维活性炭锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中对所得到的粉末样品作进一步处理的具体过程为：取70mL蒸馏水置于烧杯中，加入1g的粉末样品，搅拌均匀后转移至内衬聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜放至鼓风干燥箱中，在120-140℃条件下水热5-6h，待其自然冷却后过滤并用无水乙醇洗涤，再在鼓风干燥箱80℃干燥12h，得到剑麻纤维活性炭粉末样品。
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜锐，石张延，余传柏，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45