[发明专利]碳球、基体材料、正极片、电池及相应的制备或组装方法

说明书

本发明公开了一种碳球及其制备方法、正极基体材料及其制备方法、正极片、锂硫电池及其组装方法，该碳球具有多孔结构和空心结构；其中，所述多孔结构，包括：大孔结构；还包括：微孔结构、介孔结构中的至少一种；所述大孔结构，与所述微孔结构、所述介孔结构中的至少一种互联。本发明的方案，可以克服现有技术中导电性能差、易造成容量衰减和体积变化等缺陷，实现导电性能好、不易造成容量衰减和体积变化的有益效果。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及碳球、基体材料、正极片、电池及相应的制备或组装方法，具体为一种碳球及其制备方法、正极基体材料及其制备方法、正极片、锂硫电池及其组装方法，尤其涉及一种微波法制备的空心多孔碳球应用于锂硫电池。

背景技术

锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂硫电池是锂电池的一种，截止2013年尚处于科研阶段。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。

锂硫电池理论能量密度为2600Whkg^-1，理论容量高达1675mAhg^-1。其中，电池能量密度，是指单位体积的电池所储存的电量；电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下(如放电率、温度、终止电压等)电池放出的电量。但同时，锂硫电池存在着一些问题限制了其应用，主要包括以下方面：

⑴在充放电过程中产生的锂多硫化合物溶于电解液，且存在穿梭效应易造成容量衰减。

⑵硫不导电，不利于电池的高倍率性能。

⑶充放电过程中存在体积变化。其中，体积变化，具体是指在充放电过程中产生的不同锂多硫化合物的密度不一致而导致的体积变化。硫和硫化锂的密度分别为2.07g·cm^-3和1.66g·cm^-3，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀/收缩会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减；这种体积效应在纽扣电池下不显著，但在大型电池中体积效应会放大，会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构。

现有技术中，存在导电性能差、易造成容量衰减和体积变化等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种碳球及其制备方法、正极基体材料及其制备方法、正极片、锂硫电池及其组装方法，以解决现有技术中锂硫电池锂硫电池是以硫元素作为电池正极导致导电性能差的问题，达到提升导电性能的效果。

本发明提供一种碳球，具有多孔结构和空心结构；其中，所述多孔结构，包括：大孔结构；还包括：微孔结构、介孔结构中的至少一种；所述大孔结构，与所述微孔结构、所述介孔结构中的至少一种互联。

与上述碳球相匹配，本发明另一方面提供一种碳球的制备方法，包括：步骤11，将1～3g间苯二酚溶于260～300～ml水和有机醇类的混合液中，再加入1～50ml的碱性催化剂，搅拌0.5～1.5h，得到第一混合溶液；步骤12，继续往所述第一混合溶液中加入0.5～30g表面活性剂后，搅拌0.5～1.5h，再加入0.1～60ml醛类物质和1～100ml二氧化硅前躯体，搅拌20～40h，得到第二混合溶液；步骤13，采用微波，在60～100℃的反应温度下，使所述第二混合溶液反应0.3～1.5h后，得到酚醛树脂与二氧化硅的复合物；待所述复合物的温度冷却到室温后，再静置设定时长后除掉上清液，余下的部分进行离心洗涤及干燥操作，得到中间产物；步骤14，在惰性气体气氛下，对所述中间产物煅烧0.5～5h后，得到黑色粉末；其中，煅烧时，煅烧温度以1～8℃/min的升温速率升至600～1100℃；将所述黑色粉末加入HF酸中，在超声条件下除掉二氧化硅，再次进行离心洗涤及干燥操作后，得到所需空心多孔碳球。