[0037] 实施例1
[0038] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0039] 1)称取0.13g氯化钠,加入50ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入0.99g淀粉和0.11g三聚氰胺,搅拌8min混合至均匀;将上述混合物转移到75℃恒温水浴锅中,在转速为
80r/min下搅拌反应30min,然后在75℃下静置反应30min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0040] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑20℃下冷冻24h,然后‑62℃下冷冻干燥48h,得到前驱体;
[0041] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中500℃下焙烧12h,然后冷却至室温;
[0042] 4)将步骤3)制备的产物加入100ml去离子水,浸泡洗涤5次,每次浸泡0.5h,去除氯化钠,然后将产物在60℃烘箱干燥24h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0043] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.1g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,130℃熏硫50h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0044] 实施例2
[0045] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0046] 1)称取1.5g氯化钠,加入50ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入5.0g淀粉和1.5g三聚氰胺,搅拌10min混合至均匀;将上述混合物转移到80℃恒温水浴锅中,在转速为
120r/min下搅拌反应25min,然后在80℃下静置反应25min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0047] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑30℃下冷冻20h,然后‑62℃下冷冻干燥56h,得到前驱体;
[0048] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中600℃下焙烧8h,然后冷却至室温;
[0049] 4)将步骤3)制备的产物加入200ml去离子水,浸泡洗涤6次,每次浸泡1.5h,去除氯化钠,然后将产物在70℃烘箱干燥20h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0050] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.2g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,145℃熏硫40h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0051] 实施例3
[0052] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0053] 1)称取5.0g氯化钠,加入100ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入10.0g淀粉和5.0g三聚氰胺,搅拌15min混合至均匀;将上述混合物转移到85℃恒温水浴锅中,在转速为
500r/min下搅拌反应10min,然后在85℃下静置反应15min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0054] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑40℃下冷冻18h,然后‑62℃下冷冻干燥75h,得到前驱体;
[0055] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中700℃下焙烧6h,然后冷却至室温;
[0056] 4)将步骤3)制备的产物加入200ml去离子水,浸泡洗涤8次,每次浸泡1.8h,去除氯化钠,然后将产物在80℃烘箱干燥12h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0057] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.3g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,150℃熏硫40h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0058] 实施例4
[0059] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0060] 1)称取5.8g氯化钠,加入100ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入12.0g淀粉和8.0g三聚氰胺,搅拌20min混合至均匀;将上述混合物转移到90℃恒温水浴锅中,在转速为
250r/min下搅拌反应20min,然后在90℃下静置反应15min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0061] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑50℃下冷冻10h,然后‑62℃下冷冻干燥85h,得到前驱体;
[0062] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中800℃下焙烧3h,然后冷却至室温;
[0063] 4)将步骤3)制备的产物加入300ml去离子水,浸泡洗涤9次,每次浸泡2h,去除氯化钠,然后将产物在90℃烘箱干燥12h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0064] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.32g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,160℃熏硫35h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0065] 实施例5
[0066] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0067] 1)称取7.1g氯化钠,加入100ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入15.0g淀粉和5.0g三聚氰胺,搅拌20min混合至均匀;将上述混合物转移到95℃恒温水浴锅中,在转速为
350r/min下搅拌反应30min,然后在95℃下静置反应30min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0068] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑55℃下冷冻8h,然后‑62℃下冷冻干燥90h,得到前驱体;
[0069] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中900℃下焙烧2h,然后冷却至室温;
[0070] 4)将步骤3)制备的产物加入300ml去离子水,浸泡洗涤10次,每次浸泡2.5h,去除氯化钠,然后将产物在90℃烘箱干燥15h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0071] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.35g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,165℃熏硫20h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0072] 实施例6
[0073] 一种氮掺杂锂硫电池正极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0074] 1)称取13.7g氯化钠,加入100ml水中,在室温下搅拌溶解,再依次加入20.0g淀粉和12.0g三聚氰胺,搅拌25min混合至均匀;将上述混合物转移到99℃恒温水浴锅中,在转速为400r/min下搅拌反应20min,然后在99℃下静置反应30min,糊化反应结束后,得到前驱体凝胶;
[0075] 2)将步骤1)制备的前驱体凝胶在‑60℃下冷冻4h,然后‑62℃下冷冻干燥96h,得到前驱体;
[0076] 3)将步骤2)制备的前驱体在惰性气氛中1000℃下焙烧1h,然后冷却至室温;
[0077] 4)将步骤3)制备的产物加入500ml去离子水,浸泡洗涤12次,每次浸泡3h,去除氯化钠,然后将产物在95℃烘箱干燥10h,得到氮掺杂多孔碳粉体;
[0078] 5)将步骤4)制备的0.1g氮掺杂多孔碳与0.4g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,170℃熏硫12h,自然冷却至室温,得到氮掺杂锂硫电池正极材料。
[0079] 将实施例6所得最终产物作为锂硫电池的正极活性材料,将该活性材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以7:2:1的比例混合,以N‑甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂调制成均匀浆状,涂覆在铝箔上,再将制成的涂层转移至烘箱中,在60℃下干燥6h。然后,将样品转移至真空干燥箱内,60℃真空干燥12h;将复合材料涂层用压片机碾压,再裁片;以锂片为对电极,电解液为1M双三氟甲烷磺酰压胺锂盐(LITFSI)的混合有机溶剂,混合有机溶剂为体积比为1:1的1,3‑二氧戊环(DOL)和二甲醚(DME),并加入质量分数为2%的LiNO3作为电解液添加剂,聚丙烯膜(Celgard 240)作为电池隔膜,在氩气氛围下组装电池。最后,利用电池测试仪进‑1 ‑1
行充放电性能测试,所得锂硫电池正极材料在0.1A g 和0.5A g 电流密度下的循环稳定性测试结果如附图8所示。由图可见,电池的循环稳定性好,在循环100次后电池容量仍然保‑1
持在636和592mAh g 。
[0080] 对比例1
[0081] 将50g碎木材原料、2g三聚氰胺和3g碳酸钠在刚玉舟内充分混合,然后转移至管式炉内,向反应体系中连续通入惰性气体;反应体系升温至500℃后,调节反应压力至0.1MPa,然后继续升温至700℃活化2h;活化完毕后,冷却反应体系到100℃以下后,取出活化料,在球磨机中350r/min中研磨3h,再用水溶解活化料中的碳酸钠,将产物洗涤5次后,80℃烘干2
12h,所得多孔碳材料的比表面积为420‑590m/g,孔径在3‑25nm之间。将制备的0.1g多孔碳与0.35g硫粉在聚四氟乙烯塑料瓶中混合均匀,瓶内充满氩气,155℃熏硫24h,自然冷却至室温,得到锂硫电池正极材料。
[0082] 将上述所得最终产物氮掺杂多孔碳/硫复合材料作为锂硫电池的正极活性材料,将该活性材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)以7:2:1的比例混合,以N‑甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂调制成均匀浆状,涂覆在铝箔上,再将制成的涂层转移至烘箱中,在60℃下干燥6h。然后,将样品转移至真空干燥箱内,60℃真空干燥12h;将复合材料涂层用压片机碾压,再裁片;以锂片为对电极,电解液为1M双三氟甲烷磺酰压胺锂盐(LITFSI)的混合有机溶剂,混合有机溶剂为体积比为1:1的1,3‑二氧戊环(DOL)和二甲醚(DME),并加入质量分数为2%的LiNO3作为电解液添加剂,聚丙烯膜(Celgard 240)作为电池隔膜,在氩气氛围下组装电池。
‑1 ‑1
最后,利用电池测试仪进行充放电性能测试,所得锂硫电池正极材料在0.1A g 和0.5A g‑1
电流密度下,循环100次后电池容量仍然保持在431和362mAh g 。