權(quán)利要求書： 1.一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、將單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳通過混料機(jī)研磨混合得到硫?碳機(jī)械混合料；

步驟2、采用成型模具將所述硫?碳機(jī)械混合料進(jìn)行壓制，得到硫碳?jí)K料；

步驟3、對(duì)所述硫碳?jí)K料通過熱輥壓進(jìn)行輥壓壓延、冷卻后，得到層片化硫碳片料；所述輥壓壓延過程具體為：

將所述硫碳?jí)K料加熱至60℃?110℃，并保溫1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%，輥壓壓延道次為1?5道次；所述層片化硫碳片料厚度小于等~

于0.01mm 0.1mm；

~

步驟4、在所述層片化硫碳片料表面涂覆層間導(dǎo)電介質(zhì)后，進(jìn)行疊層處理得到疊層硫碳正極材料；將所述疊層硫碳正極材料通過熱輥壓進(jìn)行輥壓壓延，冷卻至室溫后，得到硫碳材料疊層；

輥壓壓延過程具體為：

將所述疊層硫碳正極材料加熱至60℃?110℃，并保溫1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%，輥壓壓延道次為1?5道次；

~

步驟5、將所述硫碳材料疊層依次堆疊，模具沖裁并壓實(shí)，得到坯料；先將所述坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至150℃ 200℃，保溫1h 3h，之后升溫至220℃ 300℃，~ ~ ~

保溫0.5h 3h，降至室溫，再對(duì)所述坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、篩分，得到硫碳復(fù)合正極材料。

~

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述單質(zhì)硫?yàn)槲⒚琢?、納米硫中的一種或兩種的混合物，所述導(dǎo)電碳為乙炔黑、SuperP、石墨烯、碳納米管、膨脹石墨中的一種或幾種的混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為90：10 99：1。

~

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述硫碳?jí)K料的厚度小于等于15mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，步驟4中所述層間導(dǎo)電介質(zhì)與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為0.05：99.5 3：97，所述疊層處理方法包括卷~

繞或折疊，所述疊層硫碳正極材料的層數(shù)為5?10層。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述硫碳材料疊層厚度為5μm 10μm，所述硫碳材料疊層中每層的厚度為0.5μm 2μm。

~ ~

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述硫碳復(fù)合正極材料的粒徑為5μm 15μm。

~

說明書： 一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于鋰硫二次電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法。背景技術(shù)[0002] 鋰硫電池由于其理論容量和能量密度方面具有很大的優(yōu)勢(shì)成為下一代極具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能體系。隨著近年來研究的不斷深入，針對(duì)其規(guī)?；夹g(shù)開發(fā)面臨的問題也日益

突出，以鋰硫電池的正極材料制備技術(shù)為例，由于過多的非活性物質(zhì)的添加大大降低了硫

含量導(dǎo)致其體積能量密度不高，同時(shí)制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本過高又使得其技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)

用非常困難。

[0003] 專利CN109037662A中公開了一種鋰硫電池硫碳復(fù)合正極材料制備方法，通過將硫碳粉體混合壓塊，在惰性氣體中利用微波/光波能量制備硫碳復(fù)合正極材料，屬于物理（機(jī)

械）混合熔滲正極材料的快速合成方法，但是硫/碳界面結(jié)合不良、正極材料載硫量低的問

題并沒有根本解決。該專利強(qiáng)調(diào)一種通過微波處理，通過這樣微波處理方法利用微波對(duì)極

性分子選擇性加熱的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)基團(tuán)的破壞、水分子的揮發(fā)，從而提供了一種快速的正

極材料合成方法，這種方法從本質(zhì)上講因?yàn)闅怏w揮發(fā)形成孔隙度導(dǎo)致復(fù)合材料疏松，導(dǎo)致

松裝密度不高。

[0004] 另外，來自文獻(xiàn)報(bào)道的關(guān)于硫@碳正極材料合成制備方法主要有：[0005] （1）熔滲方法（包括液相熔滲、氣相熔滲、溶液浸滲等）：將單質(zhì)硫融化、氣化或溶解到特定溶劑進(jìn)行分子級(jí)分散，通過其在碳材料表面均勻覆蓋、浸潤(rùn)等方法得到硫@碳復(fù)合的

正極材料。環(huán)境污染、工藝成本高、能耗高、載硫量低是其存在的主要問題，不利于大規(guī)模制

備。

[0006] （2）機(jī)械研磨：通過球磨、擠壓或攪拌等機(jī)械力的作用，將硫和碳機(jī)械混合，然后采用熱處理合成硫@碳復(fù)合正極材料。從原理上可以實(shí)現(xiàn)高載硫，但因?yàn)榱蛱冀缑娴臋C(jī)械混合

特征，其正極材料的電化學(xué)性能不理想。

[0007] （3）硫表面功能化：在惰性氣體中把聚丙烯腈聚合物和硫的混合物加熱到300℃，形成硫化有機(jī)物。但是載硫量低、工藝成本過高依然是不可回避的事實(shí)。

[0008] （4）化學(xué)反應(yīng)沉積：利用含硫化合物的溶解度較高的特點(diǎn)，先將溶液浸滲到碳材料中，進(jìn)而采用甲酸等還原出硫單質(zhì)實(shí)現(xiàn)硫@碳材料復(fù)合。同樣的制備效率低、載硫量低、硫碳

界面結(jié)合不良依然是其不可回避的問題。

[0009] （5）石墨烯、碳納米管、多孔碳、“核?殼”結(jié)構(gòu)等特殊正極材料合成制備工藝：采用物理限域的原理，約束硫（聚硫鋰）的溶解流失，同時(shí)改善硫材料的導(dǎo)電性。但是載硫量低、

工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、工藝成本極高，主要停留在實(shí)驗(yàn)室探討階段。

[0010] 綜上，當(dāng)前的高性能鋰硫電池正極材料大多需要復(fù)雜的合成工藝，且多涉及昂貴的微?納載體材料、復(fù)雜化學(xué)合成過程和高溫處理；當(dāng)前大多數(shù)研究工作引入了過多的非活

性物質(zhì)的添加不可避免的降低鋰硫電池正極材料的載硫量（硫質(zhì)量含量通常<<80%）；另外，

目前的硫碳正極材料密度較低導(dǎo)致能量密度很低。

發(fā)明內(nèi)容[0011] 本發(fā)明的目的是提供一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的硫碳正極材料載硫量低的問題。

[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：[0013] 步驟1、將單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳通過混料機(jī)研磨混合得到硫?碳機(jī)械混合料；[0014] 步驟2、采用成型模具將硫?碳機(jī)械混合料進(jìn)行壓制，得到硫碳?jí)K料；[0015] 步驟3、對(duì)硫碳?jí)K料通過熱輥壓進(jìn)行輥壓壓延、冷卻后，得到層片化硫碳片料；[0016] 步驟4、在層片化硫碳片料表面涂覆層間導(dǎo)電介質(zhì)后，進(jìn)行疊層處理得到疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料通過熱輥壓進(jìn)行輥壓壓延，冷卻至室溫后，得到硫碳材料疊

層；

[0017] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊模具沖裁并壓實(shí)，得到坯料；先將坯料放入密閉容器中進(jìn)行加熱處理后降至室溫，再對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、篩分，得到硫碳復(fù)合正極材料。

[0018] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：[0019] 單質(zhì)硫?yàn)槲⒚琢?、納米硫中的一種或兩種的混合物，導(dǎo)電碳為乙炔黑、SuperP、石墨烯、碳納米管、膨脹石墨中的一種或幾種的混合物。

[0020] 單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳的質(zhì)量比為90：10 99：1。~

[0021] 硫碳?jí)K料的厚度小于等于15mm。[0022] 步驟3輥壓壓延過程具體為：[0023] 將硫碳?jí)K料加熱至60℃?110℃，并保溫1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%，輥壓壓延道次為1?5道次；層片化硫碳片料厚度小于等于

~

0.01mm 0.1mm。

~

[0024] 步驟4中層間導(dǎo)電介質(zhì)與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為0.05：99.5 3：97，疊層處理~

方法包括卷繞或折疊，疊層硫碳正極材料的層數(shù)為5?10層。

[0025] 步驟4輥壓壓延過程具體為：[0026] 將疊層硫碳正極材料加熱至60℃?110℃，并保溫1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%，輥壓壓延道次為1?5道次。

~

[0027] 硫碳材料疊層厚度為5μm 10μm，硫碳材料疊層中每層的厚度為0.5μm 2μm。~ ~

[0028] 步驟5的加熱處理過程為：先將密閉容器內(nèi)的溫度升至150℃ 200℃，保溫1h 3h，~ ~

之后升溫至220℃ 300℃，保溫0.5h 3h。

~ ~

[0029] 硫碳復(fù)合正極材料的粒徑為5μm 15μm。~

[0030] 本發(fā)明的有益效果是：[0031] 本發(fā)明的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，利用機(jī)械研磨混料、壓力熱加工薄片化疊層處理，充分利用硫的高溫軟化流變特性，無需高溫（≤300℃）、化學(xué)過程，低能耗、

無環(huán)境污染，工藝簡(jiǎn)捷、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)?；I(yè)應(yīng)用；得到的疊層硫碳正極材料密度

3

高（約為2.22g/cm）、載硫量高（硫質(zhì)量含量≥90% 96%），能夠有效提高鋰硫電池的能量密

~

度；得到的疊層硫碳正極材料具有層間連續(xù)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電碳層、硫?qū)觾?nèi)鑲嵌導(dǎo)電碳的協(xié)同結(jié)構(gòu)，

具有良好的導(dǎo)電性，為充放電過程的電子輸運(yùn)提供通道；微米/亞微米的硫片層結(jié)構(gòu)，為充

放電過程的鋰離子輸運(yùn)提供更短的距離，能提供高倍率充放電過程；同時(shí)層間的碳層有效

約束電化學(xué)反應(yīng)中聚硫鋰的溶解流失，為長(zhǎng)周期循環(huán)容量保持率提供保證；硫顆粒薄片化

處理，有效解決了硫顆粒難以細(xì)化、正極材料密度太低的問題，同時(shí)更適合規(guī)模化產(chǎn)業(yè)技術(shù)

應(yīng)用；高致密度的疊層結(jié)構(gòu)硫碳正極材料結(jié)合熔滲熱處理過程，能從根本上改善硫/碳結(jié)合

界面，利用導(dǎo)電碳層弛豫、緩沖硫正極在電化學(xué)反應(yīng)中的體積膨脹效應(yīng)，保證鋰硫電池的高

容量、高穩(wěn)定性、高循環(huán)保持率。

附圖說明[0032] 圖1是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法的制備工藝流程示意圖；[0033] 圖2a是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例1的SEM形貌圖；[0034] 圖2b是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例1的SEM形貌放大圖；[0035] 圖3是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例1得到的疊層硫碳正極材料不同循環(huán)次數(shù)下的C曲線測(cè)試結(jié)果；

[0036] 圖4是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例1得到的疊層硫碳正極材料對(duì)比常規(guī)硫/SuperP工藝在不同倍率下的循環(huán)放電比容量變化對(duì)比曲線；

[0037] 圖5是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例2的SEM形貌圖；[0038] 圖6是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中實(shí)施例4的SEM形貌圖；[0039] 圖7是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中疊層硫碳正極材料的熱失重TG曲線測(cè)試結(jié)果圖；

[0040] 圖8是本發(fā)明一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法中疊層硫碳正極材料與常規(guī)工藝升華硫@SuperP的長(zhǎng)周期循環(huán)放電比容量變化曲線對(duì)比測(cè)試結(jié)果圖。

[0041] 圖中，1.導(dǎo)電碳，2.單質(zhì)硫，3.鑲嵌碳，4.層片化硫，5.導(dǎo)電碳層。具體實(shí)施方式[0042] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。[0043] 一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟：[0044] 步驟1、將單質(zhì)硫2、導(dǎo)電碳1通過混料機(jī)研磨混合得到硫?碳機(jī)械混合料，見圖1a；[0045] 具體的，單質(zhì)硫?yàn)槲⒚琢?、納米硫中的一種或兩種的混合物，導(dǎo)電碳為乙炔黑、SuperP（sp）、石墨烯、碳納米管、膨脹石墨中的一種或幾種的混合物。單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳的質(zhì)量

比為90：10 99：1。混料機(jī)為行星式球磨機(jī)、高能球磨機(jī)、氣流對(duì)撞破碎機(jī)、攪拌混料機(jī)等工

~

業(yè)混料設(shè)備。

[0046] 步驟2、采用（圓片型、方片型等）成型模具將硫?碳機(jī)械混合料在10?50Mpa進(jìn)行壓力壓實(shí)或等靜壓壓制，得到厚度小于等于15mm的密實(shí)片材或塊材，即為硫碳?jí)K料，見圖1b；

[0047] 模壓設(shè)備為壓片機(jī)、壓力機(jī)、沖裁機(jī)、等靜壓設(shè)備等工業(yè)壓力設(shè)備；若采用圓片型模具，其壓制過程的壓力為5Mpa 15Mpa。

~

[0048] 步驟3、將硫碳?jí)K料在干燥箱中加熱至60℃?110℃，并保溫1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為1?5道次，

~

使層片化硫碳片料厚度小于等于0.01mm 0.1mm，自然冷卻至室溫（小于45℃），得到層片化

~

硫碳片料，見圖1c，圖中，由于導(dǎo)電碳的含量較少，所以鑲嵌碳3鑲嵌在層片化硫4中；

[0049] 輥壓機(jī)為雙輥、多輥輥壓機(jī)等工業(yè)壓延成形設(shè)備。[0050] 步驟4、在層片化硫碳片料表面涂覆層間導(dǎo)電介質(zhì)（導(dǎo)電炭層）5后，進(jìn)行卷繞或折疊處理得到5?10層的疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料加熱至60℃?110℃，并保溫

1h?5h后，通過熱輥壓進(jìn)行恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70% 95%（截面厚度方向），輥

~

壓壓延道次為1?5道次，自然冷卻至室溫后，得到厚度為5μm 10μm硫碳材料疊層，單層硫碳

~

材料疊層的厚度為0.5μm 2μm，見圖1d；

~

[0051] 層間導(dǎo)電介質(zhì)為導(dǎo)電炭，包括導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、SuperP、石墨烯、膨脹石墨等商品化碳材料的一種或幾種混合物；層間導(dǎo)電介質(zhì)與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為0.05：99.5 3：

~

97。

[0052] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊模具沖裁并壓實(shí)，得到圓柱或塊型坯料，壓力為20Mpa 50Mpa；先將坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至150℃ 200℃，保溫1h

~ ~

3h，之后升溫至220℃ 300℃，保溫0.5h 3h后，降至室溫，再對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、采用200

~ ~ ~

目 800目篩分或其他工業(yè)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇粒徑為5μm 15μm的粒徑粉體作為硫碳復(fù)合

~ ~

正極材料，見圖1e。

[0053] 密閉容器為干燥箱、烘箱、馬弗爐、真空烘箱、氣氛保護(hù)烘箱、熱處理爐等工業(yè)加熱設(shè)備。篩分機(jī)為振動(dòng)式篩網(wǎng)篩分機(jī)、氣流篩分機(jī)、超聲篩分機(jī)等工業(yè)粒徑篩分機(jī)。

[0054] 本發(fā)明的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法的原理為：先通過模具二維約束下的壓頭擠壓獲得高致密度的硫碳?jí)K料，其塊體密度大約為2.22g/cm3；再利用硫的熱塑性（軟

化）通過軋輥的剪切力和壓應(yīng)力，采用熱輥壓方法將硫碳?jí)簤K料層片化，其中硫粉從三維顆

粒變形為二維片層（厚度＜5μm 100μm），導(dǎo)電碳（乙炔黑、或石墨烯等）隨之鑲嵌于硫片層

~

或分散于界面；均勻刷涂的層間導(dǎo)電碳介質(zhì)（SuperP、或乙炔黑、或石墨烯等）用于分隔硫片

層，提供可靠的硫?qū)悠g導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；配合二次熱輥壓過程，形成“硫/碳/硫/碳……”的疊層

結(jié)構(gòu)，同時(shí)硫片層進(jìn)一步致密化、薄片化到微米/亞微米尺度（厚度方向）；疊層硫碳材料順

序依次堆疊后壓模內(nèi)二次壓實(shí)后，避免高溫?zé)崽幚磉^程的硫蒸發(fā)損失，同時(shí)保證硫炭界面

層的良好結(jié)合，熔滲熱處理進(jìn)一步保證硫?qū)雍蛢?nèi)部鑲嵌導(dǎo)電碳、層間導(dǎo)電碳的充分潤(rùn)濕結(jié)

合，構(gòu)成界面碳導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)層為骨架、內(nèi)部鑲嵌導(dǎo)電碳片層協(xié)同的疊層結(jié)構(gòu)的硫碳正極材

料。

[0055] 通過以上方式，本發(fā)明的一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，利用機(jī)械研磨混料、壓力熱加工薄片化疊層處理，充分利用硫的高溫軟化流變特性，無需高溫（≤300℃）、化學(xué)

過程，低能耗、無環(huán)境污染，工藝簡(jiǎn)捷、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)?；I(yè)應(yīng)用；得到的疊層硫碳

3

正極材料密度高（約為2.22g/cm）、載硫量高（硫質(zhì)量含量≥90% 96%），能夠有效提高鋰硫

~

電池的能量密度；得到的疊層硫碳正極材料具有層間連續(xù)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)電碳層、硫?qū)觾?nèi)鑲嵌導(dǎo)電

碳的協(xié)同結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)電性，為充放電過程的電子輸運(yùn)提供通道；微米/亞微米的硫

片層結(jié)構(gòu)，為充放電過程的鋰離子輸運(yùn)提供更短的距離，能提供高倍率充放電過程；同時(shí)層

間的碳層有效約束電化學(xué)反應(yīng)中聚硫鋰的溶解流失，為長(zhǎng)周期循環(huán)容量保持率提供保證；

硫顆粒薄片化處理，有效解決了硫顆粒難以細(xì)化、正極材料密度太低的問題，同時(shí)更適合規(guī)

?；a(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用；高致密度的疊層結(jié)構(gòu)硫碳正極材料結(jié)合熔滲熱處理過程，能從根本上

改善硫/碳結(jié)合界面，利用導(dǎo)電碳層弛豫、緩沖硫正極在電化學(xué)反應(yīng)中的體積膨脹效應(yīng)，保

證鋰硫電池的高容量、高穩(wěn)定性、高循環(huán)保持率。

[0056] 實(shí)施例1[0057] 步驟1、將質(zhì)量比為96:4的球狀微米硫、SuperP通過行星式球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速150rpm下球磨2h，混合得到硫?碳機(jī)械混合料；

[0058] 步驟2、采用圓片型壓片機(jī)將硫?碳機(jī)械混合料在30Mpa進(jìn)行壓力壓實(shí)，得到密實(shí)塊材，即為硫碳?jí)K料；

[0059] 步驟3、將硫碳?jí)K料在干燥箱中加熱至110℃，并保溫1h后，通過雙輥輥壓機(jī)進(jìn)行90℃下恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為80%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為2道次，使層

片化硫碳片料厚度小于等于0.1mm，自然冷卻至室溫（小于45℃），得到層片化硫碳片料；

[0060] 步驟4、在層片化硫碳片料表面均勻篩涂SuperP后，SuperP與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為1：99，進(jìn)行卷繞處理得到5層的疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料在常壓干燥

箱中加熱至110℃，并保溫1h后，通過熱輥壓進(jìn)行110℃恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為

80%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為3道次，自然冷卻至室溫后，得到厚度為5μm 10μm硫碳

~

材料疊層，單層硫碳材料疊層的厚度為0.3μm 0.5μm；

~

[0061] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊（約20 100層）模具沖裁并壓實(shí)，得到圓柱型坯~

料，壓力為30Mpa；先將坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至200℃，保溫2h，之后

升溫至250℃，保溫3h后，降至室溫，再采用球磨機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、采用200目 800目

~

篩分或其他工業(yè)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇粒徑為5μm 15μm的粒徑粉體作為硫碳復(fù)合正極材

~

料。

[0062] 其SEM形貌特征如圖2a和圖2b所示，圖中暗色條紋為層片化的單質(zhì)硫?qū)?，淺色條紋為層間導(dǎo)電碳（SuperP）層，硫碳層均致密連續(xù)、層間界面結(jié)合良好、層間距大約為0.4μm

~

0.6μm。疊層硫碳正極材料的不同循環(huán)次數(shù)下的0.2m/sec條件下的C曲線測(cè)試結(jié)果如圖3

所示，其氧化還原峰位置基本重合，表明所制備的疊層硫SuperP具有良好的循環(huán)放電比容

量保持率和電化學(xué)穩(wěn)定性。疊層硫@SuperP正極材料對(duì)比常規(guī)硫/SuperP工藝在不同倍率下

的循環(huán)放電比容量變化對(duì)比曲線如圖4所示，表明所制備的疊層硫@SuperP在0.1C 1C條件

~

下均具有良好的循環(huán)放電比容量、保持率和電化學(xué)穩(wěn)定性。

[0063] 實(shí)施例2[0064] 步驟1、將質(zhì)量比為90:10的球狀微米硫、膨脹石墨通過行星式球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速190rpm下球磨2h，混合得到硫?碳機(jī)械混合料；

[0065] 步驟2、采用圓片型壓片機(jī)將硫?碳機(jī)械混合料在50Mpa、保持15min進(jìn)行壓力壓實(shí)，得到密實(shí)塊材（厚度或高度≤15mm），即為硫碳?jí)K料；

[0066] 步驟3、將硫碳?jí)K料在干燥箱中加熱至100℃，并保溫4h后，通過雙輥輥壓機(jī)進(jìn)行100℃下恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為95%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為3道次，

使層片化硫碳片料厚度小于等于0.03mm，自然冷卻至室溫（小于45℃），得到層片化硫碳片

料；

[0067] 步驟4、在層片化硫碳片料表面均勻篩涂乙炔黑后，乙炔黑與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為3：97，進(jìn)行折疊處理得到7層的疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料在常壓干燥

箱中加熱至100℃，并保溫1h后，通過熱輥壓進(jìn)行100℃恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為

95%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為5道次，自然冷卻至室溫后，得到厚度為5μm 10μm硫碳

~

材料疊層，單層硫碳材料疊層的厚度約為2μm；

[0068] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊（約20 100層）模具沖裁并壓實(shí)，得到圓柱型坯~

料，壓力為20Mpa；先將坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至150℃，保溫3h，之后

升溫至300℃，保溫3h后，降至室溫，再采用球磨機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、采用200目 800目

~

篩分或其他工業(yè)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇粒徑為5μm 15μm的粒徑粉體作為硫碳復(fù)合正極材

~

料，其SEM形貌特征如圖5所示，圖中暗色條紋為層片化的單質(zhì)硫?qū)樱瑴\色條紋為層間導(dǎo)電碳

（SuperP）層。

[0069] 實(shí)施例3[0070] 步驟1、將質(zhì)量比為99:1的升華硫、乙炔黑通過行星式球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速150rpm下球磨2h，混合得到硫?碳機(jī)械混合料；

[0071] 步驟2、采用圓片型壓片機(jī)將硫?碳機(jī)械混合料在10Mpa進(jìn)行壓力壓實(shí)，得到密實(shí)塊材（厚度或高度≤15mm），即為硫碳?jí)K料；

[0072] 步驟3、將硫碳?jí)K料在干燥箱中加熱至100℃，并保溫3h后，通過雙輥輥壓機(jī)進(jìn)行100℃下恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為85%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為3道次，

使層片化硫碳片料厚度小于等于0.05mm，自然冷卻至室溫（小于45℃），得到層片化硫碳片

料；

[0073] 步驟4、在層片化硫碳片料表面均勻篩涂乙炔黑后，乙炔黑與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為2：98，進(jìn)行折疊處理得到8層的疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料在常壓干燥

箱中加熱至100℃，并保溫1h后，通過熱輥壓進(jìn)行100℃恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為

95%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為5道次，自然冷卻至室溫后，得到厚度為5μm 10μm硫碳

~

材料疊層，單層硫碳材料疊層的厚度0.5μm 2μm；

~

[0074] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊（約20 100層）模具沖裁并壓實(shí)，得到圓柱型坯~

料，壓力為40Mpa；先將坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至150℃，保溫3h，之后

升溫至250℃，保溫3h后，降至室溫，再采用球磨機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、采用200目 800目

~

篩分或其他工業(yè)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇粒徑為5μm 15μm的粒徑粉體作為硫碳復(fù)合正極材

~

料。

[0075] 實(shí)施例4[0076] 步驟1、將質(zhì)量比為99:1的球狀微米硫（5μm）、石墨烯通過行星式球磨機(jī)在轉(zhuǎn)速110rpm下球磨2h，混合得到硫?碳機(jī)械混合料；

[0077] 步驟2、采用圓片型壓片機(jī)將硫?碳機(jī)械混合料在20Mpa進(jìn)行壓力壓實(shí)，得到密實(shí)塊材（厚度或高度≤15mm），即為硫碳?jí)K料；

[0078] 步驟3、將硫碳?jí)K料在干燥箱中加熱至60℃，并保溫5h后，通過雙輥輥壓機(jī)進(jìn)行60℃下恒溫輥壓壓延，單道次壓延變形度為70%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為5道次，使層

片化硫碳片料厚度小于等于0.03mm，自然冷卻至室溫（小于45℃），得到層片化硫碳片料；

[0079] 步驟4、在層片化硫碳片料表面均勻刷涂碳納米管后，乙炔黑與層片化硫碳片料的質(zhì)量比為0.05：99.5，進(jìn)行折疊處理得到10層的疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料在

常壓干燥箱中加熱至110℃，并保溫1h后，通過熱輥壓進(jìn)行110℃恒溫輥壓壓延，單道次壓延

變形度為70%（截面厚度方向），輥壓壓延道次為5道次，自然冷卻至室溫后，得到厚度為5μm

~

10μm硫碳材料疊層，單層硫碳材料疊層的厚度約為0.5μm；

[0080] 步驟5、將硫碳材料疊層依次堆疊（約20 100層）模具沖裁并壓實(shí)，得到圓柱型坯~

料，壓力為50Mpa；先將坯料放入密閉容器中，將密閉容器內(nèi)的溫度升至180℃，保溫3h，之后

升溫至220℃，保溫3h后，降至室溫，再采用球磨機(jī)對(duì)坯料進(jìn)行機(jī)械破碎、采用200目 800目

~

篩分或其他工業(yè)篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇粒徑為5μm 15μm的粒徑粉體作為硫碳復(fù)合正極材

~

料，其SEM形貌特征如圖6所示，圖中暗色條紋為層片化的單質(zhì)硫?qū)?，淺色條紋為層間導(dǎo)電碳

層。

[0081] 如圖7為S@SuperP、疊層硫@SuperP正極材料的熱失重TG曲線測(cè)試結(jié)果，實(shí)際測(cè)試的硫含量約95.6%，和設(shè)計(jì)值95.5%基本一致，表明本發(fā)明的制備方法中硫的工藝耗損極小、

可以忽略。如圖8所示，將疊層硫@SuperP（實(shí)例1）、疊層硫@乙炔黑（實(shí)例3）、常規(guī)工藝升華

硫@SuperP三種正極材料的長(zhǎng)周期循環(huán)的放電比容量變化曲線對(duì)比測(cè)試結(jié)果，表明所制備

的疊層硫@SuperP、疊層硫@乙炔黑相比常規(guī)工藝升華硫@SuperP具有良好的循環(huán)放電比容

量、保持率和電化學(xué)穩(wěn)定性。