【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高容量硫插层改性的负极材料及其制备方法，涉及h01m，具体涉及电池。
技术介绍
1、随着储能技术的发展，对二次电池的能量密度提出了更高的要求，提高电池能量密度的关键在于提高电池正负极材料的比容量，高比容量的正极材料发展迅速，但是高比容量的负极材料研发不够成熟，常见的传统负极材料如碳负极，改性后虽然具有较高的比容量，但是存在严重的膨胀问题，充放电脱嵌过程的膨胀进一步影响电池的循环性能。现有的负极材料的改性方法包括包覆处理或纳米复合处理，通过包覆改性减少电池的膨胀，但是电池的高比容量不稳定，纳米复合处理可以降低基材的尺寸，减少膨胀现象，但是仍难以获得稳定的高比容量。
2、中国专利技术专利cn201510018761.4公开了一种用于铅酸电池的石墨复合碳电极材料、其制备的电极及其制备方法，使用了多元环氧树脂体系，酚醛和木质素作为固化剂，富含多元苯环结构的沥青和柏油增加低温炭化后导电性以及对石墨的耐酸保护，获得了低电阻，高机械强度，耐硫酸腐蚀的碳电极，但是树脂包覆的碳电极比容量没有明显增加。中国专利技术专利cn202310477712.1公开了一种低温碳电极材料嵌入式界面修饰组装成的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，将杂原子共掺杂的碳纳米球原位嵌入钙钛矿层表面进行界面修饰，有效阻挡了空气中的水分对钙钛矿层的侵蚀，提高了器件的长期稳定性，但是原位嵌入的纳米球反应不稳定，长期循环性能不佳。
技术实现思路
1、为了提高碳负极材料的比容量，倍率性能，循环性能，本专利技术的
2、作为一种优选的实施方式，所述碳基材与浓硫酸的质量比为1：(15-25)。
3、作为一种优选的实施方式，所述碳基材与浓硫酸的质量比为1：20。
4、作为一种优选的实施方式，所述碳基材为层状堆叠的碳基材，所述层状堆叠的碳基材选自鳞片石墨、微膨胀石墨、人造石墨、球形石墨中的一种或几种的组合。
5、作为一种优选的实施方式，所述层状堆叠的碳基材的粒径d50为0.5-40μm。
6、作为一种优选的实施方式，所述层状堆叠的碳基材的粒径d50为10-30μm。
7、作为一种优选的实施方式，所述层状堆叠的碳基材的粒径d50为17μm。
8、申请人在实验过程中发现，采用层状堆叠的碳基材与浓硫酸采用1：(10-50)的重量比可以实现硫源在碳基材间均匀渗透插层，减少电极中硫源的脱嵌和电极的膨胀，提高碳基材的倍率性能和循环性能。猜测可能的原因是：采用浓硫酸作为硫源，浓硫酸可以在层状堆叠的碳基材层间进行均匀渗透插层，采用1：(10-50)的重量比，可以实现硫源的可控渗透插层。当在低温条件下分段通入惰性气体和硫化氢混合气体与惰性气体和氢气混合气体可实现插层硫单质化，由于插层硫存在于碳基材层间，因此并不影响碳基材的导电性，负极片不存在阻抗效应；并且在充放电过程中，由于插层硫的层状可使碳基材层间距实现微扩层，提高碳基材的倍率性能和循环性能。
9、本申请硫源在碳基材层间渗透插层，实现在不改变基材尺寸条件下的内嵌式复合改性，内嵌式硫源极大的避免了复合硫源的穿梭效应，减少复合硫源在脱嵌过程中的膨胀现象。
10、作为一种优选的实施方式，所述浓硫酸的体积浓度＞90％，所述碳基材与去离子水的质量比为1：(20-100)。
11、作为一种优选的实施方式，所述浓硫酸的体积浓度为98％。所述碳基材与去离子水的质量比为1：(40-80)。优选的，所述碳基材与去离子水的质量比为1：50。
12、作为一种优选的实施方式，所述混合气体至少包括硫化氢与惰性气体的混合气体，所述惰性气体选自氩气、氮气、氦气、氖气中的一种或多种的组合。
13、作为一种优选的实施方式，所述混合气体中硫化氢与惰性气体的体积比为(1-5)：100。
14、作为一种优选的实施方式，所述混合气体还包括氢气与惰性气体的混合气体。
15、作为一种优选的实施方式，所述混合气体中氢气与惰性气体的体积比为(1-5)：100。
16、作为一种优选的实施方式，所述混合气体中氢气与惰性气体或硫化氢与惰性气体的体积比均为(1-3)：100。优选的，所述混合气体中氢气与惰性气体或硫化氢与惰性气体的体积比均为1：100。
17、作为一种优选的实施方式，所述惰性气体为氩气。
18、本申请中浓硫酸可以滞留在碳基材层间，引入的硫化氢可以与浓硫酸反应生成单质硫，且反应较为温和，生成的单质硫为单晶单质纳米颗粒硫，可以实现层间均匀的原位反应，生成的纳米单质硫，实现插层、改变层间距、提高负极材料的容量。引入的氢气可以清除碳基材表面的残留硫，保留层间转化的单质硫，维持硫插层改性的稳定性。
19、本专利技术的第二个方面提供了一种高容量硫插层改性的负极材料的制备方法，包括以下步骤：
20、s1将碳基材用烘箱在60-150℃条件下烘干；
21、s2将烘干的碳基材与浓硫酸搅拌混合，在25-60℃条件下搅拌1-10h，使硫酸在碳基材层间插层；
22、s3插层结束后滴加去离子水，水解，水解结束后静置，使碳基材沉淀，倒掉上层清液后过滤获得湿料；
23、s4将湿料放入70-100℃烘箱中真空干燥4-10h，得到干料，转移至管式炉中，通入混合气体处理，氩气氛围下自然冷却至室温，得到负极材料。
24、作为一种优选的实施方式，所述s3中滴加去离子水时需要引流，搅拌，水解时间为0.5-2h，静置时间为5-24h。
25、作为一种优选的实施方式，所述s4中管式炉中温度为200-500℃，炉腔压强为≤10-2pa。
26、作为一种优选的实施方式，所述s4中管式炉中温度为300-400℃，炉腔压强为10-2pa。优选的，所述s4中管式炉中温度为320℃。
27、作为一种优选的实施方式，所述混合气体的通入流量为5-55sccm，混合气体的处理时间为0.5-5.5h。
28、作为一种优选的实施方式，所述混合气体的通入步骤为：先通入50-55sccm流量的硫化氢与氩气的混合气体处理1-5h，然后通入5-15sccm流量的氢气与氩气的混合气体处理0.5-1h，结束保温。
29、作为一种优选的实施方式，所述混合气体的通入步骤为：先通入50sccm流量的硫化氢与氩气的混合气体处理3h，然后通入10sccm流量的氢气与氩气的混合气体处理0.5h，结束保温。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
31、(1)本专利技术所述高容量硫插层改性的负极材料，采用层状堆叠的碳基材与浓硫酸组合，在碳基材层间的硫以纳米尺寸的单质形式存在，插层硫的存在提高了碳基材的放电比容量；并且不会影响碳基材的导电性，负极片不存在阻抗效应；此外，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，制备原料包括：碳基材，浓硫酸，去离子水，混合气体；所述碳基材与浓硫酸的质量比为1：(10-50)。
2.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述碳基材为层状堆叠的碳基材，所述层状堆叠的碳基材选自鳞片石墨、微膨胀石墨、人造石墨、球形石墨中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述层状堆叠的碳基材的粒径D50为0.5-40μm；优选的，所述层状堆叠的碳基材的粒径D50为10-30μm。
4.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述浓硫酸的体积浓度＞90％；优选的，所述碳基材与去离子水的质量比为1：(20-100)；优选的，所述碳基材与去离子水的质量比为1：(40-80)。
5.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述混合气体至少包括硫化氢与惰性气体的混合气体，所述惰性气体选自氩气、氮气、氦气、氖气中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求5所述高容量硫插层改性的负极材料
7.一种根据权利要求1-6任一项所述高容量硫插层改性的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述高容量硫插层改性的负极材料的制备方法，其特征在于，所述S3中滴加去离子水时需要引流，搅拌，水解时间为0.5-2h，静置时间为5-24h。
9.根据权利要求7所述高容量硫插层改性的负极材料的制备方法，其特征在于，所述S4中管式炉中温度为200-500℃，炉腔压强为≤10-2Pa。
10.根据权利要求7所述高容量硫插层改性的负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合气体的通入流量为5-55sccm，混合气体的处理时间为0.5-3.5h。
...【技术特征摘要】
1.一种高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，制备原料包括：碳基材，浓硫酸，去离子水，混合气体；所述碳基材与浓硫酸的质量比为1：(10-50)。
2.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述碳基材为层状堆叠的碳基材，所述层状堆叠的碳基材选自鳞片石墨、微膨胀石墨、人造石墨、球形石墨中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述层状堆叠的碳基材的粒径d50为0.5-40μm；优选的，所述层状堆叠的碳基材的粒径d50为10-30μm。
4.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述浓硫酸的体积浓度＞90％；优选的，所述碳基材与去离子水的质量比为1：(20-100)；优选的，所述碳基材与去离子水的质量比为1：(40-80)。
5.根据权利要求1所述高容量硫插层改性的负极材料，其特征在于，所述混合气体至...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，陈其赞，彭杨城，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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