[发明专利]一种基于生物质海藻的锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明为一种基于生物质海藻的锂硫电池正极材料的制备方法。该方法包括如下步骤：步骤一：清洗海藻，然后粉碎晒干，过60目筛子，获得海藻粉末，把上述海藻粉末放入氩气氛围的高温管式炉中，获得碳化海藻粉末；步骤二：将碳化海藻粉末加入盐酸溶液浸泡，烘干后得到多孔层状体粉末；步骤三：将所述多孔层状体粉末和硫粉混合，加入砂磨机中进行纳米球磨，获得硫碳混合物，140℃～160℃下真空热熔后得到硫碳复合材料。本发明电性能良好，所需原料成本低，安全无污染，且该复合材料的制备时间短，可重复操作性高，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种基于生物质海藻的锂硫电池正极材料的制备方法、锂硫电池正极片的制备方法及锂硫电池。

背景技术

锂硫电池的理论比容量为1675mAh/g，理论能量密度高达2600wh/kg，其理论能量密度是传统锂离子电池八倍。且正极活性物质单质硫价格低廉，无毒无害，基于上述优点，锂硫电池吸引了很多研究人员的关注，有望代替现阶段常规锂离子电池成为未来高能量密度、长寿命型二次电池。

目前，锂硫电池技术存在诸多技术缺陷，其中一个主要问题是由于单质硫的绝缘性不利于电子的传输，使得活性物质硫在充放电过程中在活性材料表面的传输效率低下，利用率很低，从而限制了电池的倍率性能的提升；另一个主要问题称为“穿梭效应”，即正极硫放电时生成多硫化物会溶解到锂硫电池的有机电解液中，并容易扩散至负极侧，在负极锂表面发生自放电反应，自放电的产物再迁移回正极又重新被氧化，如此循环往复。这种多硫化物“穿梭效应”发生在电池内部，静置期间导致严重自放电，最终造成了电池中有效物质的不可逆损失和低的库仑效率。同时“穿梭效应”会导致正极活性物质流失，并造成结构破坏，活性物质经多次循环后与导电剂脱离，最终导致循环稳定性较差。

为解决上述技术缺陷，主要的解决方案通过将活性物质硫与活性炭、介孔碳、纳米碳纤维(CNF)、多壁碳纳米管(MWCNT)、石墨烯、聚丙烯腈(PAN)、聚苯胺(PAN)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)等具有特定结构的基质材料制备硫碳复合材料来制造锂硫电池的正极片，以改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。然而，通过上述材料制备锂硫电池的硫碳复合材料的制备过程复杂、需要通过专用试剂进行人工造孔，而且刻出的孔隙度不高进而造成载硫量低。

综上所述，现有的硫碳复合材料制备技术存在制备过程复杂、需要通过专用试剂人工造孔，而且刻出的孔隙度不高进而造成载硫量低的技术问题。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供的基于生物质海藻的锂硫电池正极材料的制备方法，所述硫碳复合材料用于制造锂硫电池的正极，通过获取颗粒大小为预设值的干燥海藻粉末，再通过往管式炉加入海藻粉末并去氧，再以设定加热时间加热海藻粉末后冷却，从而碳化海藻粉末；将碳化后的海藻粉末加入盐酸溶液中以除去杂质，水洗真空抽滤并烘干后得到多孔层状体粉末，再将多孔层状体粉末和硫元素混合处理，以使硫元素渗透到多孔层状体粉末的空隙中，从而得到硫碳复合材料，有效解决现有的硫碳复合材料制备技术存在制备过程复杂、需要通过专用试剂对碳进行人工造孔，而且刻出的碳孔隙度不高进而造成载硫量低的技术问题。本发明还提供一种锂硫电池，所述锂硫电池包括通过上述锂硫电池正极片的制备方法制造获得的所述锂硫电池正极片。

本发明的技术方案如下：

一种基于生物质海藻的锂硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：清洗海藻，然后粉碎晒干，过60目筛，得到海藻粉末，再把海藻粉末放入氩气氛围的高温管式炉中，以1～2℃/min升温至600～800℃，保温1～2h，获得碳化海藻粉末；

步骤二：将碳化海藻粉末加入盐酸溶液pH 2～4的盐酸溶液浸泡5～8小时，然后真空抽滤，室温下烘干后得到多孔层状体粉末；其中，每10毫升盐酸加入1～2g碳化海藻粉末；