一种硫电极的制备方法
阅读说明：本技术 一种硫电极的制备方法 (Preparation method of sulfur electrode ) 是由 李仕琦 冷丹 汶飞 邓天松 李丽丽 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硫电极的制备方法,主要采用光照硫脲使得硫脲分解的方式制备硫电极。采用本发明的技术方案,可以很好地将硫脲与宿主材料混合,最终得到单质硫与宿主材料均匀混合的硫电极,从而阻止正极聚硫锂向负极扩散,抑制锂硫电池的穿梭效应,提高锂硫电池的库伦效率,提升锂硫电池的循环稳定性。(The invention discloses a preparation method of a sulfur electrode, which mainly adopts a mode of irradiating thiourea to decompose the thiourea to prepare the sulfur electrode. By adopting the technical scheme of the invention, thiourea can be well mixed with the host material, and the sulfur electrode with the uniformly mixed elemental sulfur and the host material is finally obtained, so that the diffusion of the positive polysulfide lithium to the negative electrode is prevented, the shuttle effect of the lithium-sulfur battery is inhibited, the coulombic efficiency of the lithium-sulfur battery is improved, and the cycle stability of the lithium-sulfur battery is improved.)
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种硫电极的制备方法。
背景技术
为了有效地利用可再生能源，我们需要将其进行存储。因此，在该领域充放电电池将充分发挥作用。其中锂硫电池由于具有极高的理论比容量(1675mAh/g)和理论比能量(2600Wh/kg)，且单质硫具有环境友好、原料丰富、成本低等特点，锂硫电池被认为是下一代充放电电池。
然而，要实现锂硫电池的商业化，仍面临着一些问题，其中聚硫锂(Li2Sx，4≤x≤8)的溶解和扩散所引起的“穿梭效应”是降低电池库伦效率、导致锂硫电池循环寿命降低的主要原因。近年来，研究人员针对如何消除锂硫电池的穿梭效应来提高电池循环性能做了许多研究。为防止聚硫锂在有机电解质中扩散，最有效的方法之一是将单质硫与碳材料混合，如碳纳米管、介孔碳、碳球等碳材料与硫复合或包覆，但穿梭效应并未得到有效解决。因为采用这种方法，单质硫不能与碳材料均匀地混合，导致单质硫的利用率低，锂硫电池的库伦效率低，循环稳定性差。因此，还需寻求一种更有效的制备硫电极的方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种硫电极的制备方法，主要采用光照硫脲使得硫脲分解的方式制备硫电极。采用本发明的技术方案，可以很好地将硫脲与宿主材料混合，最终得到单质硫与宿主材料均匀混合的硫电极，从而阻止正极聚硫锂向负极扩散，抑制锂硫电池的穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率，提升锂硫电池的循环稳定性。
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种新型的制备硫电极的方法，包括以下步骤：
步骤S1，将硫脲溶解与去离子水中得到硫脲的水溶液；
步骤S2，将碳材料与硫脲的水溶液均匀混合；
步骤S3，光照硫脲的水溶液，使得硫脲分解，得到硫电极。
作为优选的技术方案，在步骤S1中，硫脲的浓度为10mol/L。
作为优选的技术方案，在步骤S2中，碳材料与硫脲的质量比为1:8。
作为优选的技术方案，在步骤S3中，所采用的光源波长为375nm。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明提出的方法工艺简单，易于实现。
(2)有效均匀混合硫脲与碳材料，经光照后得到单质硫均匀分散于碳材料中的硫电极材料。
(3)提高了锂硫电池的库伦效率，增强了电池的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实例化1的锂硫电池在0.2C充放电电流下的循环容量曲线；其中，(a)本发明实例化1的所得硫电极在0.2C充放电电流下的循环容量曲线；(b)为传统方法制备的硫电极在0.2C充放电电流下的循环容量曲线。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能更好说明本发明的流程和方案，结合附图和实施例对以下发明进行进一步的说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种新型的硫电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将硫脲溶解于去离子水中得到硫脲的水溶液；
步骤S2，将碳材料与硫脲的水溶液均匀混合；
步骤S3，光照硫脲的水溶液，使得硫脲分解，得到硫电极。
上述技术方案中，将碳材料与硫脲均匀混合，经光照将硫脲分解后得到单质硫均匀分散于碳材料中的硫电极，从而提高硫电极的电子导电性，抑制聚硫锂的穿梭效应，提升锂硫电池的循环稳定性。
实例化1
将硫脲溶解与去离子水中得到浓度为10M/L的硫脲水溶液；将多孔碳与硫脲水溶液混合，碳材料与硫脲的质量比为1:8；采用波长为375nm波长的光照射碳材料与硫脲的混合物，得到硫碳复合材料。
实例化2
将硫脲溶解与去离子水中得到浓度为10M/L的硫脲水溶液；将多孔碳与硫脲水溶液混合，碳材料与硫脲的质量比为1:8；采用波长为420nm波长的光照射碳材料与硫脲的混合物，得到硫碳复合材料。
实例化3
将硫脲溶解与去离子水中得到浓度为5M/L的硫脲水溶液；将多孔碳与硫脲水溶液混合，碳材料与硫脲的质量比为1:8；采用波长为375nm波长的光照射碳材料与硫脲的混合物，得到硫碳复合材料。
实例化4
将硫脲溶解与去离子水中得到浓度为10M/L的硫脲水溶液；将多孔碳与硫脲水溶液混合，碳材料与硫脲的质量比为1:4；采用波长为375nm波长的光照射碳材料与硫脲的混合物，得到硫碳复合材料。
图1(a)为本发明实例化1的所得硫电极在0.2C充放电电流下的循环容量曲线，其比容量可以达到550mAh/g，循环100次的每次衰减率仅为0.001％。图1(b)为传统方法制备的硫电极的电化学性能。实施例2-4所得硫电极的电化学性能与实施例1相近。
进一步的，对上述方法进行性能测试。具体测试过程如下：所选用测试的锂硫电池，负极为锂片，Celgard2325作为隔膜，1mLiTFSI溶解在1,3-二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)(体积比1:1)为电解液，在湿度和氧气浓度低于1ppm，充满氩气保护的手套箱中，使用LIR2032硬币型电池壳组装电池。在充放电测试系统中，充放电测试电压为1.7V～2.8V。
从上述分析可以得出，该方法制备的硫电极单质硫能均匀分散于电极中，从而有效提升了电极的电子导电性，并且抑制了锂硫电池的穿梭效应，所得硫电极在0.2C充放电电流下的循环容量曲线，其比容量可以达到550mAh/g，循环100次的每次衰减率仅为0.001％。说明该方法有效提高了电池的循环稳定性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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