[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将沥青和氢氧化钾混合研磨充分后进行烧结处理；洗涤，干燥，制得多孔碳；(2)将多孔碳和硝酸铈混合，采用液相浸渍法在多孔碳中负载上纳米CeO₂颗粒，干燥，然后进行烧结处理，制得掺杂氧化铈的多孔碳材料；(3)将掺杂氧化铈的多孔碳材料与升华硫混合后研磨，采用惰性气体保护后进行保温处理，制得锂硫电池正极材料。本发明的制备方法通过简单的热处理和液相浸渍法,无需复杂的制备流程，而且原材料沥青与氢氧化钾成本低，制得的锂硫电池正极材料载硫量较高且循环性能良好。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

由于具有高的理论能量密度和低成本，锂硫电池被认为是最具发展前景的下一代能源储存体系之一硫的低成本进一步为这种技术提供了经济优势，并使其适用于可再生能源的大规模能量存储。目前报道的大多数Li-S电池都能获得较好的性能，但是其制备工艺太过繁琐，原料成本高，不适合大规模生产应用。为了早日实现锂硫电池的商用化，不仅需要注意材料研究，还需要注意电极结构和电池工艺。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，该制备方法通过简单的热处理和液相浸渍法,无需复杂的制备流程，而且原材料沥青与氢氧化钾成本低，制得的锂硫电池正极材料载硫量较高且循环性能良好。

本发明的另一个目的在于提供一种锂硫电池正极材料，该锂硫电池正极材料具有高的比容量和载硫量，优异的循环性能和倍率性能，综合性能优异，可用于锂硫电池正极。

本发明的还一个目的在于提供一种锂硫电池正极材料在锂硫电池的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)多孔碳的制备：利用沥青作为碳源，将沥青和氢氧化钾混合研磨充分后进行烧结处理；然后取出黑色固体并用去离子水洗涤，干燥，制得多孔碳；

(2)掺杂氧化铈的多孔碳材料的制备：将多孔碳和硝酸铈混合，采用液相浸渍法在多孔碳中负载上纳米CeO2颗粒，干燥，然后进行烧结处理，制得掺杂氧化铈的多孔碳材料；

(3)锂硫电池正极材料的制备：将掺杂氧化铈的多孔碳材料与升华硫混合后研磨，采用惰性气体保护后进行保温处理，制得锂硫电池正极材料。

本发明的制备方法通过将沥青和氢氧化钾经过热处理、洗涤、干燥后得到前驱体多孔碳，再经液相浸渍和进一步热处理即可制得锂硫电池正极材料，工艺简单，操作控制方便，成本低，制得的锂硫电池正极材料载硫量较高且循环性能良好。

优选的，所述步骤(1)中，沥青和氢氧化钾的质量比为4.5-5.5:1.5-2.5；烧结温度为750-850℃，烧结时间为1.5-2.5h，升温速率为4-6℃/min，保护气氛为Ar气。

优选的，所述步骤(1)具体为：首先称取4.5-5.5g沥青和2.5-3.5g氢氧化钾混合，经过充分研磨后转入刚玉坩埚中，接着放入管式炉中在750-850℃温度下烧结处理1.5-2.5h，升温速率为4-6℃/min，保护气氛为Ar气；然后取出黑色固体放入装有去离子水的烧杯中静置6-8h，再用去离子水洗涤、抽滤，最后放入55-65℃的真空干燥箱中过夜干燥，制得多孔碳。所述抽滤采用的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。

优选的，所述步骤(2)中，多孔碳和硝酸铈的质量比为2.5-3.5:0.5-1.5；烧结温度为450-550℃，烧结时间为1.5-2.5h，升温速率为4-6℃/min，保护气氛为Ar气。

优选的，所述步骤(2)中，制得的掺杂氧化铈的多孔碳材料的比表面积为2650-2750m²/g、孔容为1.5-1.8cm³/g。