一种电极材料及其制备方法和含有该电极材料的锂-硫电池技术

本发明专利技术公开了一种电极材料，属于新能源技术领域，所述电极材料为定向碳纳米管和碲化钼量子点负载单质硫的复合材料。本发明专利技术中的电极材料中的定向碳纳米管具有丰富的碳缺陷，丰富缺陷的定向碳纳米管不仅能作为单质硫的限域空间，使单质硫呈现纳米颗粒状态，从而提高单质硫的利用率，高活性的碳缺陷还能显著降低电化学势垒，促进多硫化物转化；另一方面碲化钼量子点可以有效吸附多硫化物，与富缺陷的定向碳纳米管协同作用，有效抑制锂

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料及其制备方法和含有该电极材料的锂
‑
硫电池


[0001]本专利技术涉及新能源
，具体而言，涉及一种电极材料及其制备方法和含有该电极材料的锂
‑
硫电池。

技术介绍

[0002]锂
‑
硫电池以其不可比拟的高比容量和能量密度以及材料的价格低廉、存储量大等优越性受到了研发人员的重视，尤其是近几年国内外对锂
‑
硫电池的研究相当活跃，技术突破已达到实际应用的阶段。锂
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硫电池具有超高的理论能量密度(2600Wh/kg)、原材料丰富、价格低廉以及环境友好等一系列优点，被认为是最具吸引力的下一代二次电池之一，可以作为电动汽车，混合动力车、航天航空等高耗能器件提供能量，同时又可以作为廉价高效的储能电池。但是现有技术中锂
‑
硫电池尚存在着因多硫化物“穿梭效应”而引起的容量衰减过快的问题，严重阻碍了其实用化进程。目前，解决锂
‑
硫电池“穿梭效应”最主要的技术手段在于通过正极材料来抑制其“穿梭效应”，因此，设计制备高性能的正极材料是锂
‑
硫电池研究的重点和难点之一。
[0003]综上，在制备电极材料领域，仍然存在亟待解决的上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电极材料以解决现有技术中锂
‑
硫电池尚存在着因多硫化物“穿梭效应”而引起的容量衰减过快的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的一种电极材料，所述电极材料为定向碳纳米管和碲化钼量子点负载单质硫的复合材料。
[0006]本专利技术提供一种电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将催化剂和碳源混合均匀后，以石英管为反应容器，以钼片为碳纳米管生长基底，以惰性气体为载气体，以CVD方法制备定向碳纳米管；
[0008]将所述定向碳纳米管进行杂质处理以及活化处理；
[0009]在活化处理后的定向碳纳米管上负载碲化钼量子点，然后与单质硫混合均匀，保温处理后得到电极材料。
[0010]进一步地，所述碳源为二甲苯与环已胺的混合物或甲苯与环已胺的混合物。
[0011]进一步地，所述催化剂为氯化铁、硝酸铁、二茂铁中的一种或多种的混合物。
[0012]进一步地，按照质量比，所述催化剂与所述碳源的比例为1:3
‑
1:7。
[0013]进一步地，所述杂质处理为：往所述定向碳纳米管中添加浓硝酸，并在100℃
‑
150℃的温度条件下处理8h
‑
12h。
[0014]进一步地，所述活化处理为：按照碱与定向碳纳米管质量比为4:1
‑
7:1的比例，将所述定向碳纳米管与碱混合，在温度为750℃
‑
950℃的条件下处理2h
‑
4h。
[0015]进一步地，所述负载碲化钼量子点为：将活化处理后的定向碳纳米管置于石英管恒温区，然后将三氧化钼放置于所述定向碳纳米管的上游，将碲粉放置于所述三氧化钼的
上游，以500SCCM
‑
1000SCCM的速率通入惰性气体，以25
‑
30℃/min的升温速率升温至900℃
‑
950℃，保温处理30min
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40min后，自然冷却至室温。
[0016]进一步地，按照质量百分比，所述单质硫的含量占所述电极材料的70％
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80％。
[0017]本专利技术还提供一种锂
‑
硫电池，所述锂
‑
硫电池包括所述电极材料。
[0018]上述方案中制备的电极材料中的定向碳纳米管具有富缺陷特点，不仅能作为单质硫的限域空间，使单质硫呈现纳米颗粒状态，从而提高单质硫的利用率，定向碳纳米管中高活性的碳缺陷还能显著降低电化学势垒，促进多硫化物转化；另一方面碲化钼量子点可以有效吸附多硫化物，与富缺陷的定向碳纳米管协同作用，有效抑制锂
‑
硫电池的“穿梭效应”，进而提升锂
‑
硫电池的循环性能。
附图说明
[0019]从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
[0020]图1为本专利技术实施例1制备的定向碳纳米管的透射电镜示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例1制备的定向碳纳米管和碲化钼量子点的复合物的透射电镜示意图；
[0022]图3本专利技术实施例1制备的定向碳纳米管和碲化钼量子点的复合物的XRD示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例1制备的定向碳纳米管和碲化钼量子点负载单质硫的复合材料的热重示意图；
[0024]图5为本专利技术实施例1制备的电极材料应用于锂
‑
硫电池的CV曲线示意图；
[0025]图6为本专利技术实施例1制备的电极材料应用于锂
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硫电池中的循环性能示意图；
[0026]图7为对比例1中制备的定向碳纳米管的XRD示意图；
[0027]图8为对比例1中制备的电极材料应用于锂
‑
硫电池中的循环性能示意图；
[0028]图9为对比例2中制备的定向碳纳米管的XRD示意图；
[0029]图10为对比例2中制备的电极材料应用于锂
‑
硫电池中的循环性能示意；
[0030]图11为对比例4中制备的电极材料应用于锂
‑
硫电池中的循环性能示意图。
[0031]图具体实施方式
[0032]为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。
[0033]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方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]本专利技术一实施例中的一种电极材料，所述电极材料为定向碳纳米管和碲化钼量子点负载单质硫的复合材料。
[0035]本专利技术提供一种电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0036]将催化剂和碳源混合均匀后，以石英管为反应容器，以钼片为碳纳米管生长基底，以惰性气体为载气体，以CVD方法制备定向碳纳米管；
[0037]将所述定向碳纳米管进行杂质处理以及活化处理；
[0038]在活化处理后的定向碳纳米管上负载碲化钼量子点，然后与单质硫混合均匀，保温处理后得到电极材料。
[0039]在其中一个实施例中，所述碳源为二甲苯与环已胺的混合物或甲苯与环已胺的混合物。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极材料，其特征在于，所述电极材料为定向碳纳米管和碲化钼量子点负载单质硫的复合材料。2.一种电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1所述的电极材料，包括以下步骤：将催化剂和碳源混合均匀后，以石英管为反应容器，以钼片为碳纳米管生长基底，以惰性气体为载气体，以CVD方法制备定向碳纳米管；将所述定向碳纳米管进行杂质去除处理以及活化处理；在活化处理后的定向碳纳米管上负载碲化钼量子点，然后与单质硫混合均匀，保温处理后得到电极材料。3.根据权利要求2所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为二甲苯与环已胺的混合物或甲苯与环已胺的混合物。4.根据权利要求2所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为氯化铁、硝酸铁、二茂铁中的一种或多种的混合物。5.根据权利要求2所述的电极材料的制备方法，其特征在于，按照质量比，所述催化剂与所述碳源的比例为1:3
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1:7。6.根据权利要求2所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述杂质处理为：往所述定向碳纳米管中添加浓硝酸，并在100℃
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150℃的温度条件下处理8h
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12h。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈善良，孙伟佳，邓伟，刘勇，
申请(专利权)人：佛山华南新材料研究院，
类型：发明
国别省市：