本发明专利技术涉及一种高循环性能锂硫电池S-C正极微波复合材料的制备，首先将硫、碳材料放入球磨机中球磨混合，然后放入微波炉中进行微波加热复合，制备出具有高度分散均匀性的S-C正极微波复合材料。将制得的S-C复合材料与导电剂研磨混合均匀后，和粘结剂以一定比例分散在有机溶剂中，搅拌，制成浆料，均匀涂覆在集流体薄片上，干燥后制得正极。本发明专利技术采用先进的微波加热方法，具有加热速度快、条件温和、效率高的优点，制得正极材料结构稳定，电池具有很好的循环稳定性，同时采用价格低廉的商业化碳材料，大大降低了材料成本，宜于推广。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种高循环性能锂硫电池S-C正极微波复合材料的制备，首先将硫、碳材料放入球磨机中球磨混合，然后放入微波炉中进行微波加热复合，制备出具有高度分散均匀性的S-C正极微波复合材料。将制得的S-C复合材料与导电剂研磨混合均匀后，和粘结剂以一定比例分散在有机溶剂中，搅拌，制成浆料，均匀涂覆在集流体薄片上，干燥后制得正极。本专利技术采用先进的微波加热方法，具有加热速度快、条件温和、效率高的优点，制得正极材料结构稳定，电池具有很好的循环稳定性，同时采用价格低廉的商业化碳材料，大大降低了材料成本，宜于推广。【专利说明】—种高循环性能锂硫电池S-C正极复合材料的制备方法
本专利技术属于电化学电池领域，特别是涉及一种高循环性能锂硫电池S-C正极复合材料的制备方法。
技术介绍
单质硫的理论比容量为1675mAh/g,与金属锂组成锂硫电池，理论比能量达2600Wh/kg，远高于锂离子电池的常见正极材料LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4的容量。此外，单质硫廉价易得、环境友好等优点也使其具有规模化应用价值。然而，受限于硫及其放电产物硫化锂的绝缘性，以及充放电过程中形成的一系列多硫化锂中间产物易溶于电解液等特性，锂硫电池存在着硫正极利用率偏低，循环性能差等缺点，因而难以实际利用。为了解决上述系列问题，研究者们多从以下三个方面来提高锂硫电池的性能:(I)添加一种或多种导电基底材料与单质硫复合提高材料的导电性；(2)通过吸附、包覆或制备全固态锂硫电池等方法限制多硫离子的溶出；(3)通过溅射、表面包覆等方法对锂负极进行保护。在复合材料制备方面，目前较为成熟的体系有硫/碳复合体系和硫/聚合物复合体系。通过将单质硫与具有闻导电率、闻比表面、闻孔容量的碳材料相复合，可以有效提闻复合材料的电导率，降低硫的粒径和离子传导距离，并抑制中间产物的溶解及向负极迁移，从而可以提高单质硫的利用率，改善其循环性能。例如，Nazar课题组(Nature Materials,2009，8:500 - 506)通过加热熔融法将单质硫引入具有有序介孔结构(孔径3?4nm)的CMK-3介孔碳中，制备出硫含量为70wt%的CMK-3/S复合材料。在0.1C倍率下首次放电容量为1005mA h/g，20圈循环后的可逆容量为800mA h/g。崔屹课题组(Nano Letters, 2011,11(10)，4462 - 4467)通过模板法制作中空碳纳米管，同样使用加热熔融法吸附单质硫，在0.2C倍率下经过150次循环放电容量730mA h/g。同年他们(Nano Letters，2011，11 (7)，2644 - 2647)还通过液相法制作了石墨烯/硫复合物，并用PEG进行包覆，100多次循环后放电容量600mA h/g。以上方法，利用各种纳米碳与单质硫进行熔融法复合，在一定程度上提高了前几十次的放电容量，但是整体循环性能还是不佳，而且纳米碳制作方法的复杂以及价格不菲，硫碳复合时间较长(>8h)，使锂硫电池的实用化还有一段距离，还需要不断的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种高循环性能锂硫电池S-C正极复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案为:利用碳材料的强吸波性和微波加热法的快速、高效性，合成具有高度均匀性与稳定性的S-C复合材料；并且，碳材料本身所具有的良好电子传输性能，使硫能够有效地参与电化学反应。同时，由于碳材料本身所具有的孔洞能够有效的吸附和容纳硫，抑制放电产物的溶解和向负极的迁移，减小自放电和多硫化物离子穿梭效应，避免在充放电时的不导电产物在碳粒外表面沉积成愈来愈厚的绝缘层，从而减轻极化延长循环寿命。且此方法操作简单易放大，产品性能一致性较高。本专利技术的具体技术方案为:一种高循环性能锂硫电池S-C正极复合材料的制备方法，其具体步骤如下:( I)将升华硫与碳材料放入球磨机中干磨混合均匀；(2)将球磨好的S-C复合粉料放入微波炉旋转样品台上，将微波炉体抽真空后通入保护气，加热至硫的熔融温度，保温，制得S-C微波复合材料；(3)将制得的S-C微波复合材料与导电剂研磨混合均匀后，再和粘结剂分散在溶剂中，搅拌，制成浆料；(4)将调制好的浆料均匀涂覆在集流体薄片上，真空干燥后制得S-C正极复合材料。优选步骤(I)中所述的碳材料为乙炔黑、Ketjen black,BP2000等商业化碳黑；优选硫与碳材料的质量比为1.5?4:1 ;优选球磨时间为为5?12h，球磨速度为200?450r/min。优选步骤(2)中所述的微波炉样品台转速为4-5r/min;所述的加热温度为120°C?180°C;升温速率为14?26°C /min ;保温时间为60?180s，微波输出功率为1.8?3kW;保护气为氩气或氮气。优选步骤(3)中所述的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、丙酮或去离子水；溶剂的加入量为溶解原料即可。优选步骤(3)中导电剂为乙炔黑、Ketjen black, BP2000等商业化碳黑；粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或者是丙烯腈多元共聚物的水分散液(LA133) ;S-C微波复合材料、导电剂与粘结剂的质量比为7: (I?2): (I?2)。优选步骤(4)所述的集流体薄片为铝簿；真空干燥制度为50?70°C，保温8?14h。按上述方案所制得的S-C微波复合材料，经过元素分析测试，其中S含量介于47%-60%wt之间，有效保证正极材料中活性物质的含量。有益效果:本专利技术所述的一种高循环性能锂硫电池S-C正极复合材料的制备方法为微波加热法，由于微波的热效应和非热效应同时影响化学反应的进行，在其热效应的作用下S能非常快速的达到熔融温度，烧结时间短，硫来不及挥发反应就快速完成，所以微波烧结前后硫含量变化小。由于碳材料的强吸波性能，强烈的分子热振动使得硫分子较传统的热传递似的加热方法，能够更好地使硫进入碳的孔洞中并做到良好的填充，使得碳能够很好地包覆硫。且熔融硫的流动性加之分子热振动可能使得硫碳分布更均匀，自我调节形成一个最佳的硫碳混合形式，其结构更稳定，具有更强的循环性能。该专利技术中使用的碳材料均为商业量产化材料，价格低，可以实现连续化生产，操作工艺简单，耗能少、产率高，产品性能一致性较高。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术实施例1产物的XRD图；图2是本专利技术实施例1产物的SEM图及C、S元素面扫描图；其中a为实施例1所制备的S-C微波复合材料SEM图，b为C兀素面扫描图、C为S兀素面扫描图；图3是本专利技术实施例1产物在0.2C和0.5C倍率下的循环电性能曲线；图4是本专利技术实施例2产物的XRD图。【具体实施方式】实施例1分别称取1.4g升华硫和0.6g Ketjen black导电碳黑，将其放于球磨罐中，力口入玛瑙球,在球磨机上以250r/min的转速球磨IOh,得到混合均勻的S-C复合粉料。再将经球磨过的S-C复合粉料放在微波炉的旋转台上，抽真空后通入氮气，控制旋转台转速为4.5r/min，升温速率为18°C /min，于149°C保温120s，微波输出功率为2.4kW，得到硫含量为55.53wt%的S-C微波复合材料。以N-甲基吡咯烷酮为有机溶剂，将所制得的S-C微波复合材料与乙炔黑、PVDF以质量比7:1:2进行调浆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高循环性能锂硫电池S?C正极复合材料的制备方法，其具体步骤如下：（1）将升华硫与碳材料放入球磨机中干磨混合均匀；（2）将球磨好的S?C复合粉料放入微波炉旋转样品台上，将微波炉体抽真空后通入保护气，加热至硫的熔融温度，保温，制得S?C微波复合材料；（3）将制得的S?C微波复合材料与导电剂研磨混合均匀后，再和粘结剂分散在溶剂中，搅拌，制成浆料；（4）将调制好的浆料均匀涂覆在集流体薄片上，真空干燥后制得S?C正极复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晖，许寒雪，王卓，王宁，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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