一种单质硫-乙炔黑复合正极材料的制备方法
专利汇可以提供一种单质硫-乙炔黑复合正极材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种单质硫－ 乙炔黑 复合 正极材料 的制备方法，包括如下步骤：将乙炔黑和单质硫放入玛瑙研钵中进行 研磨 并混合均匀，乙炔黑和单质硫的重量比为1∶5；放入充满惰性气体的密封容器中，在 马 福炉中加热，先在150℃保持6h，接着升温到300℃保持2～3h。本 发明 的优点是：该 复合材料 由高 吸附 性的乙炔黑与硫单质一起加热制得，由于乙炔黑具有丰富的孔结构，可使硫进入乙炔黑的纳米孔，能有效的阻止反应过程中多硫化物的溶解，从而改善 电池 的循环性能；乙炔黑具有发达的链枝结构，复合后可改善整个 电极 的 导电性 ，提高活性材料硫的利用率，具有导电性好， 比容量 高、循环 稳定性 好等优点；同时制备方法简单、成本低廉，具有很好的实用前景。，下面是一种单质硫-乙炔黑复合正极材料的制备方法专利的具体信息内容。
技术领域：
本发明涉及用于锂电池的正极活性材料的制备方法，特别是一种单质硫-乙炔 黑复合正极材料的制备方法。
背景技术：
随着移动电子产品和电动汽车的发展，人们对于高能量密度的二次电池的需求 越来越强烈。而单质硫是一种很有希望的锂电池的正极材料，因为其理论比容量 为1675mAh/g，质量比能量为2600mAh/g(H.Yamin，E.Peled，J.Power Sources 9(1983)281)，而且单质硫还具有价格低廉、资源丰富以及无毒等优点。但由于 硫单质为绝缘体，作为正极活性物质在放电过程中硫和所产生的多硫化物溶解在 有机电解质中，造成活性物质的利用率低，循环性能差，影响了其实际应用(R.D. Rauh，K.M.Abraham，G.F.Pearson，J.K.Surprenant，S.B.Brummer，J. Electrochem.Soc.126(1979)523)。
为了克服这些缺点，单质硫必须和导电材料进行复合。在现有的导电材料中， 导电聚合物和多孔碳材料由于具有特殊的结构和优良的导电性，受到了人们极大 的关注。王久林等(J.L.Wang，J.Yang，J.Y.Xie，N.X.Xu，Adv.Mater. 14(2002)963)通过将单质硫和聚丙烯腈加热处理，得到了一种新型复合材料。 硫/聚吡咯复合材料也已通过化学聚合方法制备成功(J.Wang，J.Chen，K. Konstantinov，L.Zhao，S.H.Ng，G.X.Wang，Z.P.Guo，H.K.Liu，Electrochim. Acta 51(2006)4634)。作为优良的导电材料，碳纳米管(W.Zheng，Y.W.Liu， X.G.Hu，C.F.Zhang，Electrochim.Acta 51(2006)1330)和活性炭(J.L. Wang，J.Yang，J.Y.Xie，N.X.Xu，Y.Li，Electrochem.Commun 4(2002) 499)也已通过热处理方法与单质硫进行了复合，所得到的复合材料具有较高的容 量和良好的循环性能。另一方面，许多研究者对锂硫电池的有机电解质和聚合物 电解质进行了研究，希望从电解质上解决硫和聚硫化物的溶解问题，例如Choi等 (J.W.Choi，J.K.Kim，G.Cheruvally，J.H.Ahn，H.J.Ahn，K.W.Kim， Electrochim.Acta 52(2007)2075)对含有DME、DEGDME、TEGDME和DIOX的液 体电解质和基于PVdF和TEGDME的聚合物电解质进行了深入研究。近年来，以室 温离子液体为电解质溶剂或添加剂的研究也引起了人们的关注。
乙炔黑由于具有良好的导电性和高吸附性而广泛用于电池的电极材料中。然 而，在锂硫电池中，乙炔黑常常通过球磨与单质硫复合，在硫正极中充当电子导 体(B.Jin，J.U.Kim，H.B.Gu，J.Power Sources 117(2003)148)，而球磨只能将单 质硫简单覆盖在乙炔黑的表面，不能将单质硫均匀的分散到乙炔黑的纳米孔内， 这就大大限制了乙炔黑在硫电极中所起的作用，影响了硫电极电化学性能的提高。
发明内容：
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种导电性好、比容量高、具有良 好的循环稳定性、且制备方法简单、成本低廉、实用性强的单质硫-乙炔黑复合正 极材料的制备方法。以解决常规球磨方法所得到的硫/乙炔黑复合材料存在的问 题。
本发明的技术方案：
一种单质硫-乙炔黑复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将乙炔黑和单质硫放入玛瑙研钵中进行研磨，并使两种物质混合均匀，乙 炔黑和单质硫的重量比为1：5；
2)将上述混合物放入一个充满惰性气体的密封容器中，然后在马福炉中加热 处理，其升温程序为先在150℃保持6h，接着升温到300℃保持2～3h，升温速率 均为10℃/min，即可制得单质硫-乙炔黑复合正极材料。
本发明的优点是：硫/乙炔黑复合材料是由高吸附性的乙炔黑与硫单质一起加 热处理制得，由于乙炔黑具有丰富的孔结构，加热处理后，硫进入了乙炔黑的纳 米孔，能有效的阻止反应过程中多硫化物的溶解，从而改善电池的循环性能；另 外由于乙炔黑具有发达的链枝结构，进行复合后，可以改善整个电极的导电性， 提高活性材料硫的利用率，和常规采用球磨所得到的单质硫-乙炔黑复合材料相 比，具有导电性好，比容量高、循环稳定性好等优点；同时制备方法简单、成本 低廉，具有很好的实用前景。
附图说明：
图1为单质硫/乙炔黑复合材料在电流密度为40mA/g的放电条件下的首周放 电容量。
图2为单质硫/乙炔黑复合材料在电流密度为40mA/g的放电条件下从第二周 开始的循环寿命图。
具体实施方式：
实施例：
1)单质硫/乙炔黑复合材料的制备：在玛瑙研钵中，将0.1g乙炔黑和0.5g单 质硫进行研磨，使之混合均匀；将所得混合物放入一个充满惰性气体的密封容器 中，然后在马福炉中加热处理，其升温程序是先在150℃保持6h，接着升温到300℃ 并保持2.5h，升温速率均为10℃min，即可制得该复合材料。经检测，其硫含量 为36％。
2)用单质硫/乙炔黑复合材料制备直径为8mm的圆极片：选用乙炔黑为导电 剂、PTFE为粘结剂，将制得的单质硫/乙炔黑复合材料与乙炔黑和PTFE按照7： 2：1的重量比混合，加入乙醇，充分搅拌使混料均匀，然后擀片、冲片，并在50℃ 下干燥24h备用。
3)电池的制备：以上述制得的圆极片为正极，金属锂为负极，有机电解液为 1mol/L的LiPF6溶液，溶剂为碳酸丙烯酯，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯按照体积比1： 4：5所配的混合液，在手套箱中组装成电池。
对所装电池在室温条件下进行充放电检测，充放电电压范围为1.0V～2.8V，如 图1所示，在40mA/g的电流密度下，首周放电容量为934.9mAh/g；如图2所示， 循环至50周容量稳定在约500mAh/g。该结果表明：与采用传统球磨方法制备的 硫/乙炔黑复合材料相比，其性能十分优异。
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