一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法及应用与流程

本发明涉及化学电源，具体为一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法及应用。

背景技术：

1、锂离子电池，这个我们日常生活中无处不在的储能设备，已经成为现代电子设备不可或缺的“心脏”。从智能手机到电动汽车，它们都离不开锂离子电池的驱动。然而，随着科技日新月异的发展，传统锂离子电池的能量密度已接近其理论上限，难以满足新一代电子设备对更高储能能力的迫切需求。在这一背景下，科技界和工业界都在急切寻找一种全新的电池技术，这种技术需要同时满足高能量密度、低成本和环保三大要求。而元素硫，以其惊人的理论容量、丰富的资源、环保特性以及成本优势，脱颖而出，被视为下一代可充电锂硫电池的理想正极材料。锂硫电池因此备受瞩目，有望成为未来商业化应用的高性能电池技术。

2、然而，硫在常温下的电导率极低(5×10-30s/cm-1)，这一问题严重影响了锂硫电池的性能。为了提升硫的导电性，科研人员一直在探索有效的方法。其中，掺碳是一种直接而有效的解决方案。但传统的掺碳硫正极材料制备方法复杂且繁琐，甚至需要使用对环境有害的试剂，这显然不符合环保和大规模生产的要求。

3、针对这一难题，本方案提出了一种创新的剪切相转移法制备碳硫正极材料。这种方法通过快速的旋切将碳材料均匀地分布于单质硫的体相之中。同时，在高速搅拌的过程中利用高速摩擦的热量熔融单质硫颗粒表面，在表面活性剂的促进下形成部分碳硫键使得碳材料和单质硫的结合更加牢固。这一创新方法不仅简化了掺碳硫正极材料的制备过程，还避免了有害试剂的使用，使得这项技术更加环保且易于实现规模化生产。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法，具体步骤为：

3、s1，将碳材料、单质硫以及微量的表面活性剂置于高速粉碎机中，在低速将材料混合均匀，得到混合材料；

4、s2，将高速粉碎机转速提高，对s1中所述混合材料进行高速搅拌，通过在高速搅拌的过程中利用高速摩擦的热量熔融单质硫颗粒表面，并在表面活性剂的促进下形成部分碳硫键，使得碳材料和单质硫牢固结合，并在高速旋切的过程中对颗粒剪切力作用使得碳材料均匀的分散于单质硫的体相之中，制备得到碳硫正极材料。

5、进一步地，步骤s1中碳材料和单质硫的比例为1：(5-19)；

6、表面活性剂占碳硫正极的比例为0.1-3％；

7、碳材料为乙炔黑，单层石墨烯、多层石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和科琴黑的一种或多种；

8、表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂；

9、低速搅拌过程的转数为100-600rpm/min，搅拌时间为10-20min。

10、进一步地，高速搅拌的转数为2000-50000rpm/min，搅拌时间为30-600min。

11、本方案还提供一种剪切相转移法制备碳硫正极材料，采用权利要求1至3中任意一项所述的制备方法制备。

12、进一步地，应用于锂金属电池、锂离子电池、钠离子电池、钠金属电池、钾离子电池、钾金属电池中。

13、本发明有益效果：本方案利用高速搅拌和强大的剪切力，确保碳材料在单质硫中实现了均匀分散，从而大幅提升了电极材料的导电性和电化学性能，采用的剪切相转移法操作更为简便，效率显著提高；

14、本方案通过高速摩擦的热量熔融单质硫颗粒表面，在表面活性剂的作用下不仅强化了单质硫与碳材料之间的连接，还提高了电解液的浸润性，使电池更加节能、环保。

技术特征：

1.一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法，其特征在于，步骤s1中碳材料和单质硫的比例为1：(5-19)；

3.根据权利要求1所述的剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法，其特征在于，高速搅拌的转数为2000-50000rpm/min，搅拌时间为30-600min。

4.一种剪切相转移法制备碳硫正极材料，其特征在于，采用权利要求1至3中任意一项所述的制备方法制备。

5.根据权利要求1所述的剪切相转移法制备碳硫正极材料，其特征在于，应用于锂金属电池、锂离子电池、钠离子电池、钠金属电池、钾离子电池、钾金属电池中。

技术总结本发明公开了一种剪切相转移法制备碳硫正极材料的方法及应用，涉及化学电源技术领域。具体为：将碳材料、单质硫及微量的表面活性剂在高速粉碎机中进行混合和高速搅拌，利用高速摩擦的热量熔融单质硫颗粒的表面，在表面活性剂促进下形成部分碳硫键使碳材料和硫牢固结合和剪切力使碳材料均匀分散于单质硫体相中，制得碳硫正极材料。本方案通过快速的旋切将碳材料均匀地分布于单质硫的体相之中，并在高速搅拌的过程中利用高速摩擦的热量熔融单质硫颗粒表面，在表面活性剂的促进下形成部分碳硫键使得碳材料和单质硫的结合更加牢固，通过这种方式有助于实现电池的环保和规模化生产。技术研发人员：王安邦,张久俊,周海燕,徐澳受保护的技术使用者：安徽通能新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2