FePcF制造技术

本发明专利技术公开了FePcF

【技术实现步骤摘要】
FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料及制备方法、固硫方法和锂硫电池正极材料


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，具体是FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料及制备方法、固硫方法和锂硫电池正极材料。

技术介绍

[0002]目前商用的锂离子二次电池，正极材料通常为一些嵌锂化合物，如：LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4以及LiMn2O4等，这些材料的实际比容量较低，一般在300mAh g
‑1左右。随着便携式电子设备和电动汽车的广泛使用，对能源存储设备提出了更高的要求，现有的商用锂离子电池目前已经无法满足人们的需求。锂
‑
硫(Li
‑
S)电池由于具有极高的理论能量密度(2567Wh.kg
‑1)和理论比容量(1675mAh g
‑1)，引起了研究者的广泛关注，正极活性物质硫具有储量丰富、成本低廉等优点，对Li
‑
S电池的大规模商业生产和应用十分有利，尽管Li
‑
S电池具有巨大的应用潜力，但其仍存在许多问题需要克服，主要体现在：其一、S及其放电产物Li2S的导电性差；其二、锂化过程中由于单质硫与放电产物Li2S的体积密度不同，会发生严重的体积膨胀，约80％左右；其三、充放电过程中多硫化锂的穿梭效应，造成活性物质损失，这些问题都会限制锂硫电池的发展。
[0003]针对以上问题，近年来研究者们对导电性能优异且孔结构可调的碳材料进行广泛研究，以提高锂硫电池的倍率性能，孔结构在提高硫负载量的同时，可以有效缓解硫正极的体积膨胀，但是碳材料的微孔结构在经过长循环后容易发生堵塞，从而造成循环性能的不稳定。
[0004]过渡金属酞菁是一种稳定高效的催化剂，其中心的过渡金属原子能够同周围的氮原子配位，形成的M
‑
N4，具有很高的催化活性，而且经外围取代基修饰的过渡金属酞菁配合物能够有效改变电荷吸附和传输性能，在多硫化锂的催化转化中表现出极好的能力。因此，目前提升过渡金属酞菁的催化性能的方法主要有两种：一种是通过对酞菁外围取代基的修饰，来提升其共轭效应的能力；另一种最常见的方法是设计纳米级MPc，来达到暴露更多活性比表面积的目的，但是更大表面活性会造成电化学反应过程中MPc发生团聚，在长循环过程中无法持续的发挥催化效果，且MPc自身的电导性不高，造成反应过程之中电子利用率较低，因此需要一种合适的碳材料作为过渡金属酞菁MPc的载体。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料及制备方法、固硫方法和锂硫电池正极材料，提高了锂硫电池正极在大电流下的结构稳定性以及循环性能和库伦效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]FePcF16/氧化果渣碳固硫材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、制备果渣碳APC
[0009]将0.5～1.5g果渣、0.3～0.7g KOH和30～70mL超纯水加入烧杯中搅拌均匀，转移至水热反应釜内，于150～200℃下保温20～30h，冷却后得到产物A；
[0010]将产物A真空抽滤除去多余水分，接着烘干并充分研磨，然后转移至瓷舟中并置于管式炉，在氩气气氛下，以5～10℃/min的升温速率自室温升温至500～800℃并煅烧0.5～2h，得到果渣碳APC；
[0011]步骤2、制备氧化果渣碳OAPC
[0012]取0.3～0.7g果渣碳和0.2～0.5g NaNO3溶于20～30mL质量分数为98％的浓硫酸中，得到溶液B，将溶液B在冰浴条件下静置，然后升温至10℃，向溶液B中缓慢加入2～5g KMnO4并搅拌，得到溶液C；
[0013]将溶液C在水浴条件下加热至35℃保温2h，并缓慢加入100～150mL去离子水，然后将水浴加热至80℃下并充分搅拌，接着向溶液C中滴加质量分数为30％的H2O2溶液，直至无气泡产生，趁热离心得到样品D，将样品D先用HCl洗涤，再用超纯水洗涤至中性，烘干后得到氧化果渣碳OAPC；
[0014]步骤3、制备FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料
[0015]按照摩尔质量比50：(180～200)：1：(15～25)取物质F、尿素、钼酸铵和六水合硫酸亚铁铵混合，得到酞菁原材料；按照酞菁原材料与氧化果渣碳OAPC的质量比(7～20)：10，取氧化果渣碳OAPC与酞菁原材料混合，充分研磨后置于管式炉中，在15sccm的氩气气氛下，采用两步法烧结，以5～10℃/min的升温速率自室温升温至140～180℃保温30min,继续升温至260～300℃煅烧1～5h，得到产物E，将产物E先使用超纯水清洗抽滤3次再使用无水乙醇清洗抽滤2次，干燥得到FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料；
[0016]所述物质F为四氟邻苯二甲酸、四氟邻苯二甲酸酐或四氟邻苯二甲酰亚胺中的任意一种。
[0017]进一步地，所述步骤1的烘干是在60～75℃下，恒温烘干10～15h。
[0018]进一步地，所述步骤1中氩气的体积流量为15～30sccm。
[0019]进一步地，所述步骤2的静置时间为20～50min。
[0020]进一步地，所述步骤2的搅拌时间为1～2h。
[0021]进一步地，所述步骤2的干燥是采用烘箱于50～70℃恒温干燥10～15h。
[0022]进一步地，所述步骤3的干燥是采用鼓风干燥烘箱于60～75℃下保温10～20h。
[0023]一种FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料。
[0024]一种FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料的固硫方法，包括如下步骤：
[0025]步骤1、按照FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料与升华硫S8的质量比3：7，取1.5～3.5g升华硫S8与FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料混合，研磨后得到粉体F；
[0026]步骤2、将粉体F置于水热釜中，升温至140～180℃并保温20～30h，待自然冷却至室温后，得到固硫后的锂硫电池正极材料。
[0027]一种锂硫电池正极材料，在3C的电流密度下，初始放电容量表现为920mAh g
‑1，经过500次循环后，放电容量保持在682mAh g
‑1。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0029]本专利技术以工业废料果渣为原料，通过简单地刻蚀、碳化和氧化工艺，制备氧化果渣碳OAPC，其中氧化工艺能够使果渣碳材料表面产生大量的缺陷，使其官能团化，增多了活性
位点，对FePcF
16
的负载起促进作用，氧化果渣碳OAPC具有大比表面积的三维网状孔道结构，作为FePcF...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.FePcF16/氧化果渣碳固硫材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、制备果渣碳APC将0.5～1.5g果渣、0.3～0.7g KOH和30～70mL超纯水加入烧杯中搅拌均匀，转移至水热反应釜内，于150～200℃下保温20～30h，冷却后得到产物A；将产物A真空抽滤除去多余水分，接着烘干并充分研磨，然后转移至瓷舟中并置于管式炉，在氩气气氛下，以5～10℃/min的升温速率自室温升温至500～800℃并煅烧0.5～2h，得到果渣碳APC；步骤2、制备氧化果渣碳OAPC取0.3～0.7g果渣碳和0.2～0.5g NaNO3溶于20～30mL质量分数为98％的浓硫酸中，得到溶液B，将溶液B在冰浴条件下静置，然后升温至10℃，向溶液B中缓慢加入2～5g KMnO4并搅拌，得到溶液C；将溶液C在水浴条件下加热至35℃保温2h，并缓慢加入100～150mL去离子水，然后将水浴加热至80℃下并充分搅拌，接着向溶液C中滴加质量分数为30％的H2O2溶液，直至无气泡产生，趁热离心得到样品D，将样品D先用HCl洗涤，再用超纯水洗涤至中性，烘干后得到氧化果渣碳OAPC；步骤3、制备FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料按照摩尔质量比50：(180～200)：1：(15～25)取物质F、尿素、钼酸铵和六水合硫酸亚铁铵混合，得到酞菁原材料；按照酞菁原材料与氧化果渣碳OAPC的质量比(7～20)：10，取氧化果渣碳OAPC与酞菁原材料混合，充分研磨后置于管式炉中，在15sccm的氩气气氛下，以5～10℃/min的升温速率自室温升温至140～180℃保温30min，继续以5～10℃/min的升温速率升温至260～300℃煅烧1～5h，得到产物E，将产物E用用超纯水和无水乙醇先后清洗，干燥得到FePcF
16
/氧化果渣碳固硫材料；所述物质F为四氟邻苯二甲酸、四氟邻苯二甲酸酐或四氟邻苯二甲酰亚胺中的任意一种。2.根据权利要求1所述的FePcF
16

【专利技术属性】
技术研发人员：许占位，牛航，陈思雨，李文扬，王盈，沈学涛，黄剑锋，李智，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：