[发明专利]一种制备锂硫电池限硫载体的方法

说明书

本发明公开了一种制备锂硫电池限硫载体的方法，涉及锂硫电池电极材料制备领域，其为一种通过磁过滤筛选射频等离子体的化学气相共沉积技术制备多孔碳与金属靶材源和氮的复合材料的限硫载体。通过将射频等离子体技术、磁过滤技术与化学气相沉积技术联用，将射频放电靶材源引入磁过滤管中进行筛选，达到控制筛选化学气相沉积源，进行化学气相沉积，并在化学气相沉积装置内抽取真空，经磁过滤筛选后的等离子体可沉积在基材上，形成均匀稳定镀层。这种结构中的碳作为导电骨架提高了含硫载体的结构稳定性和导电性能，金属靶材源和氮作为高效催化活性材料与多硫化物具有高的化学结合力，提高了电极的固硫性能、多硫化物转化动力学和循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂硫电池电极材料制备领域，为一种制备锂硫电池限硫载体的方法。

背景技术

锂硫电池因具有高理论比容量(1675mAh g^-1)、高能量密度(2600Wh Kg^-1)、低成本、环境友好等优点，被认为是最具潜力的新一代能源解决方案。但是，由于硫正极和放电产物的导电性较差、充放电过程中多硫化物的过多溶解和“穿梭效应”等因素导致循环稳定性和倍率性能差，以及硫利用率低等瓶颈问题，严重阻碍了锂硫电池的商业化应用。传统的限硫复合材料制备主要包括湿化学包覆法和化学气相沉积法，湿化学包覆法制得的样品虽然可以得到高负载型电极，但其与基底材料的结合力较差；化学气相沉积可以得到较均匀的覆盖层，但其厚度较难控制且沉积样品纯度普遍较差，这些都会影响到后续制备的含硫电极的电化学稳定性。

磁过滤筛选射频等离子体沉积技术是目前先进的材料表面处理技术之一。该技术是在真空环境下，利用射频产生等离子体，通过磁过滤装置过滤掉大颗粒后沉积到基底材料表面的沉积技术。磁过滤射频等离子沉积技术因其离子离化率高、离子能量高、能够制备高质量、致密、结合力好、光滑的各种高机械强度覆盖层,如何利用此技术。但如何利用此技术，深入开发一种新型低成本，具有更高的容量和大倍率循环稳定性的硫正极材料是当前研究的重点，因此，设计对多硫化物具有强健化学吸附能力和快速转化反应动力学，同时覆盖层具有厚度可调、结合力好且均匀分布的限硫复合材料是一个巨大的挑战。

发明内容

为了解决现有技术所遇到的问题，本发明提供了一种可控磁过滤筛选射频等离子体的化学气相共沉积技术在多孔碳表面制备一种锂硫电池限硫载体的方法。

一种制备锂硫电池限硫载体的方法，为一种通过磁过滤筛选射频等离子体的化学气相共沉积技术制备多孔碳与金属靶材源和氮的复合材料的限硫载体的制备方法，其步骤包括：

步骤1，将多孔碳基底清洗后固定在沉积腔中的可旋转基座上；

步骤2，将化学气相沉积装置内抽取真空；

步骤3，采用等离子对沉积基底的表面进行清洗，去除沉积基底表面的油污及杂质；

步骤4，将射频放电靶材源引入磁过滤管中进行筛选；

步骤5，控制磁过滤弯管电流和负偏压；

步骤6，控制化学气相沉积装置反应室温度；

步骤7，打开化学气相反应室进气路；

步骤8，沉积结束后，关闭射频放电、磁过滤电源，释放真空度，得到多孔碳/金属和氮的复合材料。

优选的，其通过将射频等离子体技术、磁过滤技术与化学气相沉积技术联用，将射频放电靶材源引入磁过滤管中进行筛选，达到控制筛选化学气相沉积源，进行化学气相沉积，并在化学气相沉积装置内抽取真空，经磁过滤筛选后的等离子体可沉积在基材上，形成均匀稳定镀层。