本发明属于电池正极材料领域，具体是一种基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法和应用。
背景技术：
1、为了电池作为一种可充放电的储能以及释能设备深受着广大研究者们的喜爱。目前来说，市面上使用最多的是二次电池如钴酸锂电池、镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池以及锂电池等，都有着较高的能量密度以及污染小的特点。但是相较而言，锂电池因为有着价格低，能量密度大以及污染小，循环寿命长等优点使它从众多的电池中脱颖而出。但由于磷酸铁锂为正极材料的锂电池其容量以及能量密度较低，又因为锂硫电池中硫具有较高的理论比容量(1675mah/g)以及能量密度(400-600wh/kg)等特点，因此备受科研工作者的关注并且被认定为下一代电池产品的候选之一。然而，锂硫电池的商业化受制于该电池的一些缺点，例如硫的导电性差、多硫化物中间体的“穿梭效应”、较低的硫负载量、大的体积膨胀以及复杂的内部反应机理等。
2、解决上述问题，例如中国专利，公告号为：cn110931737a，该发明公开了一种锂硫电池正极材料，属于锂电池制作技术领域，锂硫电池正极材料的配方为，0.1～2份ni，0.4～8份gdc，25～60份c以及40～75份s，其中gdc的分子式为ce1-xgdxo2-δ，所述份均为重量份。gdc是铈盐与氧化钆采用溶胶凝胶法、共沉淀法、固相法、水热法中的一种或几种混合制得gdc前驱体，再将所述的gdc前驱体在300～500℃的温度下进行加热制得粉末状的固溶体。该发明的优点在于：gdc可以抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池正极材料对氧化还原的催化性能，ni与gdc能相结合具有较高的电子电导和离子空位，提高锂硫电池正极材料的导电性能。
3、但是在实际使用时，传统材料通常依赖有限的矿产资源，如石墨、锂镍酸盐等，这些资源可能受限，会增加供应风险和环境压力。制备传统锂硫电池正极材料的成本通常较高，包括原材料成本和生产工艺成本。所以本发明提出一种基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法和应用，使用生物质碳材料可以有助于克服这些问题，降低成本、提高可持续性，并减少环境影响。
技术实现思路
1、本发明提出了一种基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法和应用，多孔结构的设计可提升硫负载和导电性,同时为硫正极材料在充放电前后的巨大体积提供空间，保证电池的安全性；对穿梭效应的限制(物理、化学、吸附)提升电化学性能；材料易于获取绿色环保。
2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，具体步骤如下：
3、步骤一：制备所需材料，包括面粉、去离子水、食用酵母和六水合硝酸钴。
4、步骤二：将面粉、去离子水和食用酵母混合均匀，在室温下静置，静置后放入烘箱中加热，形成面包。
5、步骤三：用去离子水清洗面包去除杂质，然后再烘干。
6、步骤四：将步骤三中烘干的面包放置在六水合硝酸钴溶液中，超声20min，随后烘干。
7、步骤五：将步骤四中烘干的co-面包放入管式炉中，在h2：ar气氛中煅烧制得c/co多孔材料。
8、步骤六：将步骤五中的c/co多孔材料，与单质硫按照质量比3:7的比例在研钵内研磨30min以上，使其均匀混合，然后放入充满氩气且密闭的聚四氟乙烯反应釜内，在155℃下加热12小时，得到s-co-多孔生物碳复合材料。
9、进一步，步骤二中面粉、去离子水和食用酵母的重量分别为100g、70g和2g。
10、进一步，步骤二中室温中的静置时间为12h，烘箱的工作温度为175℃，加热时间为30分钟。
11、进一步，步骤三和步骤四中的烘干条件均为60℃。
12、进一步，步骤四中六水合硝酸钴溶液为1mol/l。
13、进一步，步骤五中h2：ar比为1：4。
14、进一步，步骤五的煅烧温度为1000℃，升温速率5℃/min，煅烧时间为3h。
15、一种上述的正极材料组装的电极，具体步骤如下：
16、步骤一：准备材料，包括导电炭黑、聚二氟乙烯、n-甲基-2-吡咯烷酮和铝箔。
17、步骤二：将硫/c/co多孔材料、电炭黑和聚二氟乙烯以7:2:1的重量比在n-甲基-2-吡咯烷酮中混合均匀制备电极浆料。
18、步骤三：通过手工涂覆的方式涂敷在铝箔上，然后在60℃下烘干制备电极。
19、步骤四：手动裁切成的电极片平均硫负载为2mg/cm2。
20、采用上述方案后实现了以下有益效果：
21、1、与现有技术相比不需要添加表面活性剂即可由生物质炭制备出多级有序大孔/介孔碳结构，其多孔结构为锂硫电池提供了高额的硫负载和良好的导电性，并在物理层面限制“穿梭效应”的发生，提升电池的循环性能。
22、2、以日常食用的面包作为生物质碳材料，经过烧制制成了钴掺杂的大孔碳材料。面粉在经过酵母菌等微生物发酵后，会释放大量的co2，这些气体导致面包内部有大量的孔隙，进一步增大了孔隙率。面包作为生物质碳源，可有效利用废弃食物，并具有生态友好性。
23、3、在发酵过程中大量繁殖的酵母菌和其他微生物在碳化过程中提供了丰富的n源，形成了氮掺杂的大比表面的大孔碳材料，进而增强了对多硫化物的吸附。
24、4、在面包原料中添加过渡族金属催化剂来调节孔隙结构，因此获得了具有大表面积、高空隙率和增强导电性的金属-大孔碳复合材料。通过加入2-50纳米钴颗粒，作为催化剂，在电池的充放电过程中起到催化作用，加快反应动力学，进而减缓“穿梭效应”的发生，提升电池的循环性能。
25、5、良好的导电性能和高孔隙率，同时在其中掺杂钴及氧化钴，可作为吸附和催化的活性位点有效的限制多硫化物溶解所引发的穿梭效应，极大的提升锂硫电池的长循环性能，和高硫负载下的电化学性能。
26、6、高度多孔结构为循环过程中的体积变化提供了足够的空间。所制备的硫复合电极表现出显著改善的电化学性能，可以得到高的初始容量、强的循环性能和良好倍率性能。
27、7、无需额外加入氮源，在生物质碳化的过程中利用生物质中的丰富氮源，形成一种氮掺杂的多级有序大孔/介孔碳结构，氮的加入可以通过极性吸附的方式限制多硫化物的穿梭，进而提升锂硫电池的循环性能。
28、综上所述，所制备的硫复合电极表现出显著改善的电化学性能，可以得到高的初始容量、强的循环性能和良好倍率性能。由于具有大孔隙率、高比表面积和良好的导电性能，在大硫负载的锂硫电池中有较好的应用前景。同时碳材料由食用面包制备、原材料价格低廉、易于大规模制备生产。
1.一种基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤二中面粉、去离子水和食用酵母的重量分别为100g、70g和2g。
3.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤二中室温中的静置时间为12h，烘箱的工作温度为175℃，加热时间为30分钟。
4.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤三和步骤四中的烘干条件均为60℃。
5.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤四中六水合硝酸钴溶液为1mol/l。
6.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤五中h2：ar比为1：4。
7.根据权利要求1所述的基于生物质碳的锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：步骤五的煅烧温度为1000℃，升温速率5℃/min，煅烧时间为3h。
8.一种根据权利要求1-7所述的正极材料组装的电极，其特征在于，具体步骤如下：
