過程是指將多孔前驅(qū)體與含硫活性物質(zhì) 置于同一反應(yīng)器中,之后通過研磨、超聲處理、熱處理中的至少一種方式處理得到硫電極材 料。
[0019] 作為本發(fā)明含硫電極材料制備方法的一種改進(jìn),所述氧化劑還含有高錳酸鉀、濃 硫酸和硝酸中的至少一種;氧化反應(yīng)的時(shí)間為l〇min~24h ;氧化反應(yīng)的溫度為-30°C~ 120°C。氧化反應(yīng)時(shí),可以通過調(diào)節(jié)氧化劑種類、氧化劑含量、氧化反應(yīng)時(shí)間、氧化反應(yīng)溫度 等參數(shù),實(shí)現(xiàn)在多孔基材表面、孔壁上接枝不同種類、不同含量極性官能團(tuán)的目的。
[0020] 本發(fā)明還包括一種鋰硫電池,所述鋰硫電池的電極活性材料包含本發(fā)明所述含硫 電極材料。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于:由于極性官能團(tuán)對(duì)鋰硫化物具有較強(qiáng)的吸附作用,當(dāng)多 孔基材上含有極性官能團(tuán)時(shí),能夠增加多孔基材對(duì)鋰硫化物的吸附作用;當(dāng)然,極性官能團(tuán) 含量過低,無(wú)法充分起到吸附鋰硫化合物的作用,而極性官能團(tuán)含量過高,將影響到多孔基 材的導(dǎo)電性能,需要做出兩者之間的平衡。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明及其有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明,但本發(fā)明的實(shí)施方 式不限于此。
[0023] 比較例,選擇粒徑在10以111-20以111、孔徑為1〇11111-5〇11111、孔隙率為80%的多孔碳材 料作為基材,之后與硫單質(zhì)混合均勻(質(zhì)量比為3:7),再置于170Γ環(huán)境中煅燒2h,之后冷 卻至室溫得到硫碳復(fù)合材料待用;
[0024] 實(shí)施例1,與比較例不同之處在于,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0025] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm_50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于4°C下反應(yīng)2h,再于50°C下反應(yīng) 2h,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0026] 硫電極材料的制備:將上述前驅(qū)體升溫至150°C,之后與單質(zhì)硫充分混合(質(zhì)量 比為3:7),使得熔融硫充分滲透進(jìn)入多孔碳材料的孔結(jié)構(gòu)中,同時(shí)向反應(yīng)器中通入lOMPa 的氦氣,之后保持氣壓lmin,再降低反應(yīng)物溫度至25°C,卸掉氦氣壓,得到含硫電極材料待 用;
[0027] 其余與比較例相同,不再贅述。
[0028] 實(shí)施例2,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0029] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于_30°C下反應(yīng)20min,再于40°C下 反應(yīng)lOmin,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0030] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0031] 實(shí)施例3,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0032] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm_50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于-5°C下反應(yīng)30min,再于60°C下 反應(yīng)lOmin,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0033] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0034] 實(shí)施例4,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0035] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于〇°C下反應(yīng)lh,再于35°C下反應(yīng) 15min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干 得到多孔前驅(qū)體待用;
[0036] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0037] 實(shí)施例5,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0038] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于〇°C下反應(yīng)2h,再于35°C下反應(yīng) 25min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干 得到多孔前驅(qū)體待用;
[0039] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0040] 實(shí)施例6,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0041] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于5°C下反應(yīng)2h,再于35°C下反應(yīng) 35min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)24h,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘 干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0042] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0043] 實(shí)施例7,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0044] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于7°C下反應(yīng)2h,再于45°C下反應(yīng) 35min,加入去離子水后,升溫至120°C下反應(yīng)4h,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘 干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0045] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0046] 實(shí)施例8,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0047] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在5nm_10nm、孔徑為0. 2nm_lnm、孔隙率為30%的 多孔碳材料作為基材;之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于〇°C下反應(yīng)lh,再于35°C下反應(yīng) 15min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈,烘干 得到多孔前驅(qū)體待用;
[0048] 硫電極材料的制備:將上述前驅(qū)體升溫至180°C,之后與單質(zhì)硫(質(zhì)量比為7:3)、 單月桂基磷酸酯MAP充分混合,使得熔融硫在表面活性劑的輔助下充分滲透進(jìn)入多孔碳材 料的孔結(jié)構(gòu)中,同時(shí)向反應(yīng)器中通入lOOMPa的氦氣,之后保持氣壓20s,再降低反應(yīng)物溫度 至25°C,卸掉氦氣壓,得到含硫電極材料待用;
[0049] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0050] 實(shí)施例9,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0051] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在150 μπι-200 μπκ孔徑為1 μπι-2 μπκ孔隙率為 60 %的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸混合,于0°C下反應(yīng)lh,再于35°C下 反應(yīng)15min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干凈, 烘干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0052] 硫電極材料的制備:將上述前驅(qū)體升溫至180°C,之后與單質(zhì)硫(質(zhì)量比為7:3)、 十二烷基硫酸鈉充分混合,使得熔融硫在表面活性劑的輔助下充分滲透進(jìn)入多孔碳材料的 孔結(jié)構(gòu)中,同時(shí)向反應(yīng)器中通入IMPa的氦氣,之后保持氣壓30min,再降低反應(yīng)物溫度至 25°C,卸掉氦氣壓,得到含硫電極材料待用;
[0053] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0054] 實(shí)施例10,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0055] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm_50nm、孔隙率為98% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸、濃硝酸混合,于〇°C下反應(yīng)lh,再于35°C 下反應(yīng)15min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干 凈,烘干得到多孔前驅(qū)體待用;
[0056] 硫電極材料的制備:將上述前驅(qū)體升溫至180°C,之后與單質(zhì)硫(質(zhì)量比為2:98)、 十二烷基硫酸鈉充分混合,使得熔融硫在表面活性劑的輔助下充分滲透進(jìn)入多孔碳材料的 孔結(jié)構(gòu)中,同時(shí)向反應(yīng)器中通入IMPa的氦氣,之后保持氣壓30min,再降低反應(yīng)物溫度至 25°C,卸掉氦氣壓,得到含硫電極材料待用;
[0057] 其它與實(shí)施例1的相同,這里不再重復(fù)。
[0058] 實(shí)施例11,與實(shí)施例1不同的是,本實(shí)施例包括如下步驟:
[0059] 多孔前驅(qū)體的制備:選擇粒徑在10 μπι-20 μπι、孔徑為10nm-50nm、孔隙率為80% 的多孔碳材料作為基材,之后與高錳酸鉀、濃硫酸、硝酸納混合,于〇°C下反應(yīng)lh,再于35°C 下反應(yīng)15min,加入去離子水后,升溫至80°C下反應(yīng)lh,完成官能團(tuán)接枝反應(yīng),之后清洗干 凈,烘干得到多孔前