[发明专利]一种辣椒生物碳/硫复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种辣椒生物碳/硫复合材料及其制备方法和应用，在成分组成上，所述辣椒生物碳/硫复合材料包括辣椒生物碳材料和硫；所述辣椒生物碳材料具有多孔结构，包括大孔、介孔和微孔；所述硫分布在辣椒生物碳材料的孔内部和表面。本发明提供的生物质碳/硫复合材料作为锂硫电池的正极材料，可有效提高锂硫电池的电化学性能。如实施例测试结果表明，0.2C倍率下，由实施例1制备的辣椒生物碳/硫复合材料作为正极的首次放电比容量高达1211mAh/g，循环250次后容量仍有905mAh/g。另外，本发明提供的辣椒生物碳/硫复合材料以辣椒为原料，环保无污染。

技术领域

本发明涉及锂硫电池领域，尤其涉及一种辣椒生物碳/硫复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂硫电池自20世纪60年代被首次提出以来，一直被认为是新一代电动汽车和大型电网储能系统最有前景的储能体系之一。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。利用硫作为正极材料的锂硫电池，具有较高的理论能量密度，其理论能量密度约为传统锂离子电池的5倍。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。然而，现有技术中锂硫电池电化学性能较差，极大的制约了锂硫电池的商业化应用。

发明内容

本发明提供了一种生物质碳/硫复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的生物质碳/硫复合材料作为锂硫电池的正极材料，可有效提高锂硫电池的电化学性能。

本发明提供了一种辣椒生物碳/硫复合材料，在成分组成上，包括辣椒生物碳材料和硫；所述辣椒生物碳材料具有多孔结构，包括大孔、介孔和微孔；所述硫分布在辣椒生物碳材料的孔内部和表面。

优选的，所述辣椒生物碳/硫复合材料中硫的质量分数为50％～90.9％。

本发明提供了上述技术方案所述辣椒生物碳/硫复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将辣椒干燥后进行碳化处理，得到碳化产物，所述碳化处理在惰性气体中进行；

(2)将所述步骤(1)得到的碳化产物在酸溶液中浸泡后，进行加热处理，得到碳材料；

(3)将所述步骤(2)得到的碳材料和活化剂混合后，进行加热处理，得到辣椒生物碳材料；所述加热处理在惰性气体中进行；

(4)将所述步骤(3)得到的辣椒生物碳材料与硫粉混合研磨，将得到的混合粉末进行热复合处理，得到辣椒生物碳/硫复合材料。

优选的，所述步骤(1)中碳化处理包括依次进行的I级碳化和II级碳化；所述I级碳化的温度为350～450℃，时间为0.5～3h；所述II级碳化的温度为500～900℃，时间为0.5～5h。

优选的，所述步骤(2)中酸溶液的pH值为1～4，所述步骤(2)中的浸泡时间为1～12h。

优选的，所述步骤(2)中加热处理的温度为80～120℃，时间为0.5～2h。

优选的，所述步骤(3)中加热处理包括依次进行的I级加热处理和II级加热处理；所述I级加热处理的温度为350～400℃，时间为0.5～2h；所述II级加热处理的温度为700～900℃，时间为0.5～3h。

优选的，所述步骤(4)中辣椒生物碳材料与硫粉的质量比为0.1～1:1。

优选的，所述步骤(4)中热复合处理的温度为150～160℃；所述热复合处理的时间为10～24h。

本发明还提供了上述技术方案所述辣椒生物碳/硫复合材料或者上述技术方案所述制备方法制备得到的辣椒生物碳/硫复合材料作为锂硫电池正极材料的应用。