自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方法.pdf

《自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方法.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910474394.7 (22)申请日 2019.06.03 (71)申请人 河南师范大学 地址 453007 河南省新乡市牧野区建设东 路46号 (72)发明人 李欢欢陈会芹张玉婷薛艳 白光月王玉洁 (74)专利代理机构 新乡市平原智汇知识产权代 理事务所(普通合伙) 41139 代理人 路宽 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 4/60(2006.01) H。

2、01M 10/052(2010.01) H01M 4/38(2006.01) (54)发明名称 一种自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合 硫正极材料的制备方法 (57)摘要 本发明公开了一种自支撑石墨相氮化碳/导 电高分子复合硫正极材料的制备方法， 属于锂硫 电池正极材料技术领域。 本发明将单质硫颗粒均 匀的锚定在经石墨相氮化碳修饰过的碳布上， 后 期用浸润法将导电高分子均匀的包覆在S颗粒上 以进一步增强其电荷转移速率和结构稳定性， 该 体系将硫的高比容量、 CC的柔韧性和CP的高导电 性紧密的结合在一起， 从而获得了一例具有自支 撑结构且性能优良的CPSg-C3N4/CC复合电极 材料。 本发。

3、明制备过程简单， 所制备的材料具有 优秀的锂硫电池性能， 有望作为自支撑电极材料 应用于柔性、 可穿戴电子设备中。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 110148735 A 2019.08.20 CN 110148735 A 1.一种自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方法， 其特征在于具 体步骤为： 步骤S1： 将裁剪好的碳布浸入到饱和尿素水溶液中， 待充分浸泡后取出于60真空干 燥2 h， 随后将干燥后的样品置于管式炉中， 在氮气气氛下于550热处理3 h得到产物具有 自支撑结构的g-C3N4/CC； 步骤S2： 将150 mg升华硫溶于15 mL乙二胺溶液中， 随。

4、后将步骤S1所得g-C3N4/CC超声分 散于200 mL稀盐酸溶液中， 在剧烈搅拌条件下将硫的乙二胺溶液滴加到g-C3N4/CC的分散液 中， 滴加完毕后于室温持续搅拌30 min， 待反应结束后分别用去离子水和乙醇将碳布冲洗 多次， 最后于60真空干燥12 h得到产物Sg-C3N4/CC； 步骤S3： 将步骤S2所得Sg-C3N4/CC浸泡在聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸 钠)导电高分子溶液中， 使其充分浸润后取出， 再真空干燥后得到具有自支撑结构且性能优 异的CPSg-C3N4/CC复合电极材料。 2.根据权利要求1所述的自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方。

5、 法， 其特征在于： 所述CPSg-C3N4/CC复合电极材料将硫的高比容量、 CC的柔韧性和CP的高 导电性紧密结合， 将其用作锂硫电池正极材料进行充放电测试时， 该复合电极材料表现出 优异的电化学性能， 0.2 C下的首次放电、 充电容量分别可达1202.4 mAh/g和1176.6 mAh/ g， 0.2 C下经25次循环容量仍有880 mAh/g。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110148735 A 2 一种自支撑石墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制 备方法 技术领域 0001 本发明属于锂硫电池正极材料技术领域， 具体涉及一种自支撑石墨相氮化碳/导 电高分子复合硫正极材料。

6、的制备方法。 背景技术 0002 以锂硫电池 （LSB） 为代表的清洁高效能源利用技术是解决日趋严重的能源危机以 及减少环境污染问题的有效途径之一。 LSB以硫单质为正极， 金属锂为负极， 它的工作电压 约为2.15 V， 理论能量密度达2567 Wh/kg， 远高于现阶段商业化的锂离子电池。 加上硫本身 还具有材料来源广泛、 成本低、 环境友好等优势， 因此LSB在大规模储能领域有广阔的应用 前景。 0003 目前LSB在实际应用过程中主要面临着以下几个科学问题：（1） 导电性差， 硫在室 温下的电子电导率仅有510-30 S cm-1， 这极大阻碍了充放电过程中电荷的转移速率和硫 的有效利。

7、用率；（2） 硫正极的体积膨胀较为严重， 硫单质在充放电过程中存在80%的体积变 化， 造成电极材料从集流体上脱落或发生龟裂， 致使电池容量急剧衰减；（3） 中间态多硫化 物 （LiPSs） 具有 “穿梭效应” ， 具体表现为硫正极的中间放电产物是多硫化锂 （Li2Sx，x=48） ， 它们会穿过隔膜进一步被还原成Li2S， 以固体形式沉积于金属锂负极， 穿梭效应会导致电 池内阻明显增大并造成活性物质和容量的不可逆损失。 0004 为避免穿梭效应， 核心策略是将LiPSs尽可能的限制在硫正极一侧， 屏蔽其与锂负 极的直接接触。 立足于此， 国内外研究人员从不同角度出发， 在隔膜修饰、 引入插层。

8、、 新型电 解液体系 （包括固态电解质） 的设计以及锂负极保护等方面开展了许多卓有成效的工作。 但 众所周知， 电极材料的优劣是决定电池性能好坏的首要因素。 另外， 近年来开发具有自支撑 结构的柔性电极材料， 将其应用于可穿戴电子器件中也是一个新的研究热点。 因此， 基于硫 正极宿主材料的柔性结构设计， 解决LSB中硫正极差的导电性， 严重的体积膨胀和LiPSs的 穿梭效应等问题是推动LSB在柔性可穿戴设备中应用的关键。 发明内容 0005 本发明解决的技术问题是提供了一种制备过程简单且材料性能优异的自支撑石 墨相氮化碳/导电高分子复合硫正极材料的制备方法。 0006 本发明为解决上述技术问题。

9、采用如下技术方案， 一种自支撑石墨相氮化碳/导电 高分子复合硫正极材料的制备方法， 其特征在于具体步骤为： 步骤S1： 将裁剪好的碳布浸入到饱和尿素水溶液中， 待充分浸泡后取出于60真空干 燥2 h， 随后将干燥后的样品置于管式炉中， 在氮气气氛下于550热处理3 h得到产物具有 自支撑结构的g-C3N4/CC； 步骤S2： 将150 mg升华硫溶于15 mL乙二胺溶液中， 随后将步骤S1所得g-C3N4/CC超声 分散于200 mL稀盐酸溶液中， 在剧烈搅拌条件下将硫的乙二胺溶液滴加到g-C3N4/CC的分散 说明书 1/3 页 3 CN 110148735 A 3 液中， 滴加完毕后于室温。

10、持续搅拌30 min， 待反应结束后分别用去离子水和乙醇将碳布冲 洗多次， 最后于60真空干燥12 h得到产物Sg-C3N4/CC； 步骤S3： 将步骤S2所得Sg-C3N4/CC浸泡在聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸 钠)导电高分子溶液中， 使其充分浸润后取出， 再真空干燥后得到具有自支撑结构且性能优 异的CPSg-C3N4/CC复合电极材料。 0007 本发明具有以下有益效果： 该体系将硫的高比容量、 CC的柔韧性和聚(3,4-亚乙二 氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸钠) （CP） 的高导电性紧密的结合在一起， 从而获得了一例具有自 支撑结构且性能优良的CPSg-C3N4/CC复合电。

11、极材料。 将其用作锂硫电池正极材料进行充 放电测试时， 该复合电极材料表现出优异的电化学性能， 0.2 C下的首次放电、 充电容量分 别可达1202.4 mAh/g和1176.6 mAh/g， 0.2 C下经25次循环容量仍有880 mAh/g左右。 本发 明制备过程简单， 所制备的材料具有优秀的锂硫电池性能， 有望作为自支撑电极材料应用 于柔性、 可穿戴电子设备中。 附图说明 0008 图1是所得g-C3N4/CC的SEM图； 图2是所得CPSg-C3N4/CC的SEM图； 图3是CPSg-C3N4/CC在0.2 C倍率下的充放电曲线； 图4是CPSg-C3N4/CC在0.2 C倍率下的循环。

12、性能。 具体实施方式 0009 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明， 但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。 实施例 0010 步骤S1： 将裁剪好的碳布浸入到饱和尿素水溶液中， 待充分浸泡后取出于60真 空干燥2 h， 随后将干燥后的样品置于管式炉中， 在氮气气氛下于550热处理3 h得到产物 具有自支撑结构的g-C3N4/CC； 步骤S2： 将150 mg升华硫溶于15 mL乙二胺溶液中， 随后将步骤S1所得g-C3N4/CC超声 分散于200 mL稀盐酸溶液中， 在剧烈搅拌条件下将硫的乙二胺溶液滴加。

13、到g-C3N4/CC的分散 液中， 滴加完毕后于室温持续搅拌30 min， 待反应结束后分别用去离子水和乙醇将碳布冲 洗多次， 最后于60真空干燥12 h得到产物Sg-C3N4/CC； 步骤S3： 将步骤S2所得Sg-C3N4/CC浸泡在聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸 钠)导电高分子溶液中， 使其充分浸润后取出， 再真空干燥后得到具有自支撑结构且性能优 异的CPSg-C3N4/CC复合电极材料。 0011 本发明将硫的高比容量、 CC的柔韧性和CP的高导电性紧密的结合在一起， 从而获 得了一例具有自支撑结构且性能优良的CPSg-C3N4/CC复合电极材料。 将其用作锂硫电池 正极。

14、材料进行充放电测试时， 该复合物表现出优异的电化学性能， 0.2 C下的首次放电、 充 电容量分别可达1202.4 mAh/g和1176.6 mAh/g， 0.2 C下经25次循环容量仍有880 mAh/g左 说明书 2/3 页 4 CN 110148735 A 4 右。 0012 以上实施例描述了本发明的基本原理、 主要特征及优点， 本行业的技术人员应该 了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理， 在不脱离本发明原理的范围下， 本发明还会有各种变化和改进， 这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。 说明书 3/3 页 5 CN 110148735 A 5 图1 说明书附图 1/3 页 6 CN 110148735 A 6 图2 说明书附图 2/3 页 7 CN 110148735 A 7 图3 图4 说明书附图 3/3 页 8 CN 110148735 A 8 。