[发明专利]一种有序介孔炭-硫纳米复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合材料，尤其是涉及一种适合用于锂-硫二次电池的有序介孔炭-硫复合正极及其制备方法。

背景技术

可充锂电池现已广泛应用于手机、相机和PC等便携式电子设备，具有重要的商业价值，更是有望成为近年来兴起的电动车和混合动力车的储能装置。目前商品化锂离子电池的正极材料以氧化物正极材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等为主。这些传统正极材料理论比容量均比较低，远不能满足高比能量电池的要求。硫单质作为锂离子电池正极材料，具有极高的理论比容量(1672mAh·g^-1)和理论能量密度(2600Wh·kg^-1)，同时硫单质具有价格低廉、环境友好、储量丰富等优点，是十分理想的锂离子二次电池正极替代材料。然而，硫单质为电子和离子绝缘体，不能用100％单质硫电极进行充放电，必须和电子或离子导电剂均匀混合后才能使用。同时硫电极放电产物多硫化锂(Li₂S_n，1≤n≤8)也不导电，且容易溶解扩散流失到电解液中，导致正极材料活性物质利用率低，循环性能差。为了提高硫单质利用率及抑制其溶解流失，不少研究工作分别报道了采用活性炭(1、Wang，J.L.，J.Yang，et al.(2002).″Sulfur-carbon nano-composite as cathode for rechargeable lithium battery based on gelelectrolyte.″Electrochemistry Communications 4(6)：499-502；2、Zhang，Y.，W.Zheng，et al.(2007).″Novel nanosized adsorbing composite cathode materials for the next generational lithium battery.″Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition 22(2)：234-239)、碳纳米管(3、Zheng，W.，X.G.Hu，et al.(2006).″Preparation and electrochemical properties of novelcomposite cathode materials for the advanced lithium rechargeable batteries.″Rare Metal Materialsand Engineering 35(8)：1223-1227；4、Han，S.C.，M.S.Song，et al.(2003).″Effect of multiwalledcarbon nanotubes on electrochemical properties of lithium sulfur rechargeable batteries.″Journal ofthe Electrochemical Society 150(7)：A889-A893)、介孔炭(5、Wang，J.，S.Y.Chew，et al.(2008).″Sulfur-mesoporous carbon composites in conjunction with a novel ionic liquid electrolyte forlithium rechargeable batteries.″Carbon 46(2)：229-235)、碳纤维(6、Choi，Y.J.，K.W.Kim，et al.(2008).″Improvement of cycle property of sulfur electrode for lithium·sulfur battery.″Journal ofAlloys and Compounds 449(1-2)：313-316)等碳材料作为导电基底，采用球磨分散或热复合的方法，制备炭-硫复合物，虽然硫的利用率和循环性能均能得到较大改善，但是大电流放电性能和循环性能还远不能达到应用的要求。