一种C@S/SnS制造技术

本发明专利技术公开了一种C@S/SnS

【技术实现步骤摘要】
一种C@S/SnS
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/生物碳复合材料及其仿生构筑法


[0001]本专利技术属于锂
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硫电池电极制备方法的
，特别是涉及一种C@S/SnS
x
/生物碳复合材料及其仿生构筑法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、安全性能好且环境友好的特点，已经广泛应用到人们的生产生活中，成为未来最值得关注的电化学储能器件之一。特别地，随着近年来对电动汽车、可移动电子设备的市场需求量大幅增长，对锂电池的快速和高容量存储提出了更高的要求。而石墨作为锂离子电池负极，其理论比容量仅为372mAh
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g
‑1，这严重限制了容量的进一步提升。硫的理论比容量是碳的4.4倍(1673mAh
·
g
‑1)，并且硫在地壳中资源丰富、环境友好，因而锂
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硫电池的研发将有效解决传统锂电池容量低的问题，锂
‑
硫电池将成为新一代电化学储能器件的佼佼者。然而，在锂
‑
硫电池反应过程中会发生聚硫化物穿梭效应，造成容量的损失。此外，硫和反应产物Li2S的电绝缘性对电化学反应的持续进行造成了阻碍。
[0003]基于此，可用于稳定硫负载的复合结构设计将有效解决硫的电绝缘性和聚硫化物可溶性等问题，提升锂
‑
硫电池电化学稳定性。其中，碳材料被认为是良好的导电载体，其原料丰富、易于制备，可以提升复合材料的导电性；金属硫化物SnS
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具有较高的离子电导率和低的锂化电压，有利于快速捕获和转化聚硫化物，抑制其在电解液中的溶解。
[0004]然而大量的研究表明，为了实现锂
‑
硫电池快速和高容量存储，SnS
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/碳复合结构中SnS
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与碳结合能弱和因硫的体积变化导致结构不稳定两大问题仍然需要得到解决。一方面，极性强的SnS
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表面主要是Sn
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S离子键，这和碳材料表面非极性C
‑
C/C＝C键的结合能力弱，大大减少了SnS
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在碳表面的负载量，降低了两者的结合强度，不利于强极性的聚硫化物在复合结构表面负载，增大了聚硫化物在电解液中的溶解几率，限制了循环稳定性的提升[Li,X.,G.Guo,N.Qin,et al.,SnS2/TiO
2 nanohybrids chemically bonded on nitrogen
‑
doped graphene for lithium
‑
sulfur batteries:Synergy of vacancy defects and heterostructures,Nanoscale 10(2018)15505
‑
15512.]。另一方面，在反应过程中硫和硫化锂的转化会带来巨大的体积变化，这使得复合结构必须具有较强的结构稳定性[Yang,W.,W.Yang,A.Song,et al.,3D interconnected porous carbon nanosheets/carbon nanotubes as apolysulfide reservoir for high performance lithium
‑
sulfur batteries,Nanoscale 10(2018)816
‑
824.]。而SnS
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与碳的结合不能缓解SnS
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锂化和聚硫化物转化过程中所带来的体积膨胀，因而造成循环过程中复合结构的破坏和容量损失。
[0005]综合上述，非常有必要提供稳定硫负载的复合结构设计，以解决锂
‑
硫电池的容量提升稳定性问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的在于提供一种C@S/SnS
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/生物碳复合材料及其仿生构筑法，以实现对聚硫化物的快速吸附和转化能力，提升锂
‑
硫电池的容量，同时保证复合结构在循
环过程中的稳定性，减少因结构破坏造成的容量损失，解决现有技术中存在的硫负载的复合结构不稳定、电化学性能不稳定的问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，一种C@S/SnS
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/生物碳复合材料的仿生构筑法，包括以下步骤：
[0008]S1：向1.0g～4.0g类针管状生物质中，加入50mL酸性混合溶液，搅拌均匀后转移至水热反应釜，在140℃～180℃下反应2h～24h，所得产物经抽滤、干燥，得到低碳化的生物碳；
[0009]S2：将S1得到的低碳化的生物碳转移至管式炉中，在混合气氛下，升温至800℃～1000℃，保温1h～6h，所得产物经清洗、干燥，得到生物碳；
[0010]S3：将S2得到的生物碳与有机锡源以1：(0.2～0.6)的质量比混合，加入50mL丙酮，混合均匀后转移至水热反应釜，在160℃～200℃的温度条件下反应2h～24h，所得产物经抽滤、干燥，得到SnO2/生物碳复合材料；
[0011]S4：将S3得到的SnO2/生物碳复合材料和硫源以1：(0.38～0.64)的质量比置于管式炉中，硫源放置于SnO2/生物碳复合材料与管式炉炉门之间，在真空条件下，升温至500℃～700℃，保温1h～3h，得到SnS
x
/生物碳复合材料，x的范围是1～2；
[0012]S5：将S4得到的SnS
x
/生物碳复合材料置于100mL的多糖化合物水溶液中，浸渍0.5h～12h，所得产物经干燥得到多糖包覆SnS
x
/生物碳复合材料；
[0013]S6：将S5得到的多糖包覆SnS
x
/生物碳复合材料转移至管式炉中，在混合气氛下，升温至400℃～600℃，保温1h～3h，得到碳包覆SnS
x
/生物碳复合材料；
[0014]S7：将S6得到的碳包覆SnS
x
/生物碳复合材料逐渐加入到50mL含有0.1g～10.0g多硫化钠的多硫化钠溶液中，搅拌10min～20min，随后滴加1mL～10mL的稀硫酸，静置12h～24h，所得产物经水洗、干燥，得到C@S/SnS
x
/生物碳复合材料。
[0015]进一步地，S1中，类针管状生物质包括：合欢树绒毛、碧桃绒毛、仙人掌的刺、雪松叶、桧柏叶、柳杉叶、罗汉松叶、茑萝叶中的任一种。
[0016]进一步地，S1中，酸性混合溶液由柠檬酸、苹果酸和葡萄酸以(0.2～0.4):(0.1～0.7):(0.1～0.9)的摩尔比混合而成；所述酸性混合溶液的浓度为1mol/L～10mol/L。
[0017]进一步地，S2中，混合气氛由氩气和氮气组成；所述氮气占混合气氛的体积百分数为10％～40％。
[0018]进一步地，S3中，有机硒源包括：三丁基锡、三苯基锡、三乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C@S/SnS
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/生物碳复合材料的仿生构筑法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向1.0g～4.0g类针管状生物质中，加入50mL酸性混合溶液，搅拌均匀后转移至水热反应釜，在140℃～180℃下反应2h～24h，所得产物经抽滤、干燥，得到低碳化的生物碳；S2：将S1得到的低碳化的生物碳转移至管式炉中，在混合气氛下，升温至800℃～1000℃，保温1h～6h，所得产物经清洗、干燥，得到生物碳；S3：将S2得到的生物碳与有机锡源以1：(0.2～0.6)的质量比混合，加入50mL丙酮，混合均匀后转移至水热反应釜，在160℃～200℃的温度条件下反应2h～24h，所得产物经抽滤、干燥，得到SnO2/生物碳复合材料；S4：将S3得到的SnO2/生物碳复合材料和硫源以1：(0.38～0.64)的质量比置于管式炉中，硫源放置于SnO2/生物碳复合材料与管式炉炉门之间，在真空条件下，升温至500℃～700℃，保温1h～3h，得到SnS
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/生物碳复合材料，x的范围是1～2；S5：将S4得到的SnS
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/生物碳复合材料置于100mL的多糖化合物水溶液中，浸渍0.5h～12h，所得产物经干燥得到多糖包覆SnS
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/生物碳复合材料；S6：将S5得到的多糖包覆SnS
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/生物碳复合材料转移至管式炉中，在混合气氛下，升温至400℃～600℃，保温1h～3h，得到碳包覆SnS
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/生物碳复合材料；S7：将S6得到的碳包覆SnS
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/生物碳复合材料逐渐加入到50mL含有0.1g～10.0g多硫化钠的多硫化钠溶液中，搅拌10min～20min，随后滴加1mL～10mL的稀硫酸，静置12h～24h，所得产物经水洗、干燥，得到C@S/SnS
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/生物碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种C@S/SnS
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/生物碳复合材料的仿生构筑法，其特征在于，S1中，所述类针管状生物质包括：合欢树绒毛、碧桃绒毛、仙人掌的刺、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彩薇，杜江昊，贺桂铭泉，龚聪聪，杨郭超，黄志航，田新宇，肖渠成，杨夏钰，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：