[发明专利]一种基于碳化豆腐的电极材料的制备方法和锂硫电池

说明书

本发明公开了一种基于碳化豆腐的电极材料的制备方法和锂硫电池，包括以下步骤：步骤S1，去除豆腐中原有的水分；步骤S2，将预处理后的豆腐与硫酸锂混合后进行碳化，豆腐转化为多孔碳，硫酸锂转化为硫化锂，从而形成一种自支撑式多孔碳/硫化锂复合材料。采用本发明的技术方案，无需添加粘连剂，碳化后的豆腐作为复合材料的碳骨架支撑，具有良好的结构稳定性和电子导电性。本发明方法制备而成的自支撑式多孔碳/硫化锂复合材料具有良好结构稳定性，可以应用于锂硫电池。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种自支撑型多孔碳/硫化锂复合材料的制备方法和锂硫电池。

背景技术

目前世界正面临着严重的能源问题，解决能源问题的重要途径是将传统燃烧化石和生物质能转向使用可再生能源，这其中不可避免的要涉及到储能设备。在诸多储能电池方案中，锂硫电池因具有较高的理论比容量（1675mA h g^-1）和能量密度（2600Wh kg^-1）而备受关注。以硫作为正极材料的锂硫电池在反应过程中正极硫转化为硫化锂时体积膨胀（约80%）引起电极材料崩塌，对电池的循环性能造成严重影响。

为解决这一问题，选用硫化锂作为锂硫电池正极的硫源，不仅可以缓解电极的粉化问题，更重要的是可以与硅、锡等高容量的无金属锂阳极组合，避免锂枝晶的生长和由此带来的安全问题。此外，硫化锂的熔点（938℃）远高于单质硫（112.8℃），拓宽了电极制备方法的选择范围。尽管如此，硫化锂基电极依然存在与单质硫基电极相似的电子导电性差、穿梭效应等问题。为了解决这些问题进行了很多研究工作，例如碳质材料被引入与硫化锂形成复合材料，用以提高硫化锂正极的导电性，并缓解聚硫锂的“穿梭效应”。

豆腐的原料黄豆含有丰富的蛋白质（约为36%~40%），经过浸泡，碾磨，煮浆，凝固，成型等工艺流程，最终得到的凝聚的豆类蛋白质。发明人研究发现，以豆腐作为生物质进行碳化，可提取得到活性炭物质，进而与硫化锂复合制得电极材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于碳化豆腐的电极材料的制备方法，将豆腐通过冷冻干燥去除豆腐中原有的水分，再把去除水分的豆腐与硫酸锂溶液混合，再将其经过碳化转化为自支撑型多孔碳/硫化锂复合材料，本发明提供一种结构稳定且具有良好电子导电性电极材料的制备方法。该方案在制备电极的过程中不需要添加黏合剂，应用于锂硫电池中。

本发明的一种利用豆腐制备自支撑式多孔碳/硫化锂复合材料的锂硫电池正极材料的方法，包括以下步骤：

步骤S1，去除豆腐中原有的水分；

步骤S2，将预处理后的豆腐与硫酸锂混合后进行碳化，豆腐转化为多孔碳，硫酸锂转化为硫化锂，从而形成一种自支撑式多孔碳/硫化锂复合材料。

其中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S10：将豆腐切成厚度为2~6毫米的薄片，用去离子水冲洗去除杂质；

S11：将豆腐薄片放入冷冻干燥机中，经过6~10小时的冷冻和12~24小时干燥后取出，得到去除水分的豆腐薄片；

所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S20：将上述去除水分的豆腐薄片裁剪成直径为1.6厘米的圆形豆腐薄片，称量豆腐薄片重量，配置硫酸锂溶液；

S21：将豆腐薄片放入硫酸锂溶液中，于26~60℃搅拌1~3小时，使冻干后的豆腐吸收硫酸锂溶液，得到豆腐/硫酸锂复合材料；

S22：将上述豆腐/硫酸锂复合材料放入管式炉中，在氩气气氛环境保护下，升温至600℃~1000℃煅烧1~6小时后自然降温，即可得到成品自支撑式多孔碳/硫化锂复合材料。

作为优选的技术方案，在步骤S10中，豆腐薄片厚度为4毫米。