[发明专利]基于农业经济玉米秸秆复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于农业经济玉米秸秆复合材料的制备方法，属于锂硫电池正极材料领域。

背景技术

锂硫电池是锂电池的一种，锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。锂硫电池主要存在三个主要问题：1、锂多硫化合物溶于电解液；2、硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；3、硫在充放电过程中，体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏解决办法主要是把硫和碳材料复合，或者把硫和有机物复合，可以解决硫的不导电和体积膨胀问题。目前，国内外研究者合成硫基正极材料的主要方法是通过加热硫粉，利用多孔碳材料为基体，将单质硫扩散、吸附到多孔碳材料的孔隙中，得到碳/硫复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供基于农业经济玉米秸秆复合材料的制备方法。

基于玉米秸秆的生物碳/硫复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1)将玉米秸秆水洗，在温度为150~300℃干燥6~12小时，粉碎成颗粒状；

（2)将步骤（1)得到的玉米秸秆粉末浸渍于氯化锌溶液中，12小时后离心，在惰性气体保护下，温度为300~600℃，进行1~10小时的退火，得到初步热解的玉米秸秆碳；

（3)将步骤（2)得到的玉米秸秆碳粉末清洗后用KOH溶液活化，在惰性气氛下完全碳化，得到一种高比表面积的生物碳材料；

（4)将步骤3)得到的生物碳材料用稀HCl溶液和水进行清洗至pH值为7，在空气气氛下干燥，干燥后自然冷却；

（5)将步骤（4)得到的生物碳材料浸渍到硫的特定溶液中，保证碳:硫质量比为1:0.5~1:2，待溶剂蒸发后，将粉末放入鼓风干燥箱干燥5~20小时，得到生物碳/硫复合材料。

所述步骤（4）中干燥温度为70~90℃；所述步骤（5) 中干燥温度为140~160℃；所述KOH溶液的摩尔浓度为1M、2M或5M；所述硫的特定溶液是指硫的四氯化碳、二硫化碳或甲苯溶液。

本发明还提供了由上述方法制备的生物碳/硫复合材料，及生物碳/硫复合材料在锂硫电池正极材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点：本发明制备的生物碳/硫正极复合材料，工序简单、成本低廉、能量密度高；可有效提高锂硫电池的比容量、稳定性和循环性；同时又可实现生物质资源特别是农业秸秆的资源化利用。

附图说明

图1 （a）生物碳/硫复合材料的X-射线衍射图，（b）硫和生物碳/硫复合材料的热性能图;

图2 (a,b)生物碳的扫描电镜图；(c,d)生物碳/硫复合材料的扫描电镜(e-f) 生物碳/硫复合材料中碳和硫的元素分布图;

图3 (a) 生物碳/硫复合材料作为锂硫电池正极的循环伏安曲线图; (b)生物碳/硫正极复合材料在电流密度为0.1C下的首周充放电曲线图;

图4 （a）生物碳/硫复合材料正极和硫正极的循环性能比较图；（b）生物碳/硫复合材料正极和硫正极的倍率性能比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

基于玉米秸秆的生物碳/硫复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1)将玉米秸秆水洗，在温度为150℃干燥12小时，粉碎成颗粒状；

（2)将步骤（1)得到的玉米秸秆粉末浸渍于氯化锌溶液中，12小时后离心，在惰性气体保护下，温度为300℃，进行10小时的退火，得到初步热解的玉米秸秆碳；

（3)将步骤（2)得到的玉米秸秆碳粉末清洗后用摩尔浓度为1M的KOH溶液活化，在惰性气氛下完全碳化，得到一种高比表面积的生物碳材料；

（4)将步骤3)得到的生物碳材料用稀HCl溶液和水进行清洗至pH值为7，在空气气氛下温度为70℃干燥，干燥后自然冷却；

（5)将步骤（4)得到的生物碳材料浸渍到硫的四氯化碳溶液中，保证碳:硫质量比为1:0.5，待溶剂蒸发后，将粉末放入鼓风干燥箱，温度为140℃干燥20小时，得到生物碳/硫复合材料。

实施例2

基于玉米秸秆的生物碳/硫复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1)将玉米秸秆水洗，在温度为300℃干燥6小时，粉碎成颗粒状；