[发明专利]一种麦芽糖衍生碳/硫化锂复合电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种麦芽糖衍生碳/硫化锂复合材料及其制备方法和应用，包括：获得麦芽糖；将麦芽糖衍生碳与硫化锂纳米颗粒进行复合，通过3h，4h和5h高温碳化，合成了基于麦芽糖衍生碳的硫化锂三维多孔复合材料。本发明复合材料具有高比表面积、高循环稳定性、倍率性能和库伦效率等特点，特别适合作为锂硫电池正极材料，该复合正极提高了锂硫的倍率性能与循环性能，有助于推进高能量密度、高稳定性的锂硫电池的发展。

技术领域

本发明涉及锂硫电池正极材料技术领域，具体涉及一种麦芽糖衍生碳/硫化锂复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

迄今为止，锂离子电池仍为商业化应用最为广泛的电池。然而，随着社会发展及社会进步，其较低的能量密度(200～250Wh/kg)，已无法满足社会对于高能量密度电池的要求。因此，亟待探索新的高能量密度电池体系。在众多电池体系中，锂硫电池最受关注，因为其具有高能量密度(2600Wh/kg)的和体积密度(2800Wh/L)，是商业锂离子电池的两倍。硫正极具有1675mAh/g的理论容量，而且价格低廉，环境友好，同样备受关注。但是锂硫电池存在了一些本征的缺陷阻碍了其进一步发展：1)中间产物(多硫化物)的穿梭效应，导致不可逆容量的产生，并降低了库伦效率，且极大程度上限制其循环稳定性。2)锂金属的枝晶问题，导致隔膜穿破，降低电池的安全性能。因此，锂化的硫化锂正极应运而生，可与Si、Al、石墨等负极进行匹配，从而避免使用锂金属，源头上解决锂枝晶问题，大大提升电池的安全性能。但是，采用硫化锂作为正极仍未解决多硫化物的穿梭效应，且硫化锂的绝缘特性进一步的限制了其研究。

针对以上出现的问题，科研人员主要采用以下几种策略对硫化锂电极进行改性：1)用高导电性物质，如碳材料等，与硫化锂进行复合，提高活性物质的电子导电性；2)与极性化合物如氧化物、碳化物、硫化物等进行复合，对可溶性多硫化物产生吸附作用，从而抑制其穿梭效应；3)构建多孔结构，提高硫化物活性物质与电解液的反应面积，增加其利用率，从而提高其电化学性能。其中，将硫化锂与高导电性的多孔碳材料进行复合是一种较为有效的改性方法。因此，发明一种适合大规模生产、导电性高的多孔碳材料是非常必要的，也是提高硫化锂正极电化学性能的较好途径。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种麦芽糖衍生碳/硫化锂复合电极材料及其制备方法和应用，合成高容量的麦芽糖衍生碳/硫化锂复合电极材料，通过构建三维交联的多孔导电基底，提高电极的电子传导率，缓解多硫化物的穿梭问题，提高其电化学性能。

一种麦芽糖衍生碳/硫化锂复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备麦芽糖；

(2)配置硫酸锂溶液，将硫酸锂溶液倒入麦芽糖超声搅拌，随后用冷冻干燥机冷冻干燥12-48h，得到前驱体；

(3)将前驱体转移到管式炉，在氩气中500-700℃预热处理3～6h，随后在700～900℃烧结成相3～6h，冷却后，得到麦芽糖衍生碳/硫化锂复合材料；

以下作为本发明的优选技术方案：

步骤(1)中，制备麦芽糖，具体包括：

将糯米洗净后倒进锅焖熟并与切碎的麦芽搅拌均匀，发酵4-6小时，直至转化出汁液，然后滤出汁液加热煎熬成糊状，冷却后即成琥珀状糖块，得到麦芽糖。

步骤(2)中，所述的硫酸锂溶液采用硫酸锂和去离子水配置而成。

所述的硫酸锂、去离子水、麦芽糖的质量比为1：1.5～2.5：3～5。最优选的，所述的硫酸锂、去离子水、麦芽糖的质量比为1：2：4。

将硫酸锂溶液倒入麦芽糖超声搅拌20-40min，最优选为30min。

随后用冷冻干燥机冷冻干燥18-30h，最优选为24h。