[发明专利]一种正极复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种正极复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：将酸处理过的活性炭加入到氧化石墨烯悬浮液中，得到混合溶液；然后加入抗坏血酸钠溶液，得到石墨烯水凝胶；干燥后与硫混合研磨，之后氩气气氛下于150‑200℃下煅烧3‑15h，得到石墨烯/活性炭/硫复合正极材料。本发明锂硫电池正极材料的制备方法使用的原料价廉易得、制备工艺简单、流程短、过程容易控制、容易实现工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用的石墨烯/活性炭/硫复合正极材料的制备方法。

技术背景

当前社会，能源危机和环境问题是一个全球性的热点话题，随着对煤炭、石油等传统能源的过度开采，造成日益严重的资源短缺和开采成本的不断提高；同时利用传统能源带来的污染问题也不断凸显，严重破环地球生态平衡。因此，在这个能源革命的年代，人们迫切需要寻找和发展绿色有效的新能源，来满足社会快速发展的需求。锂硫电池(理论比容量为1675mAh/g，比能量为2500Wh/kg，2800Wh/L)，是极具发展潜力和应用前景的高能量密度二次电池。但是锂硫电池的正极活性物质利用率差，循环性能差，充放电过程中正极体积变化较大。此外，单质硫存在绝缘特性和其放电产物在有机电解液中的高溶解性问题，限制了锂硫电池商业化应用进程。

针对以上问题，目前众多科研学者采用硫和导电碳材料做成复合正极材料，碳基材料充当导电桥，在颗粒之间构建导电网络，提高电子导电率；由于碳材料的高比表面积和吸附性能够抑制放电产物的溶解和改善硫电极的导电性，从而提高活性物质的利用率和电池的循环性能。

在碳材料中，石墨烯是一种具有高比表面积、高化学稳定性和高机械强度的电子和热导体。更为重要的是石墨烯结构中包含众多的缺陷，可作为负载硫的活性位点。石墨烯较大的比表面积和层间结构又能够为硫提供较大的存储空间，较小的层间缝隙可以在一定程度上限制长链多硫化物的扩散，使得石墨烯/硫复合物成为一种较为理想的硫正极材料。研究表明，通过硫分散于石墨烯片层的方法能够为单质硫提供高的导电性，同时硫颗粒插层于高比表面积的石墨烯，有效抑制放电产物的溶解和充放电时的体积膨胀，从而提高活性物质的利用率和电池的循环性能。

目前硫/石墨烯复合材料制备的相关报道中，由于石墨烯孔径较大，片层间开放的孔道使充放电过程中产生的易溶于电解液的多硫化物极易从其中扩散出去，直接将硫和石墨烯复合难以得到循环性能优异的材料。例如，CN 103515608 A(申请公布号)公开了一种石墨烯/硫复合材料的制备方法。即将石墨烯与单质硫用球磨机研磨得到石墨烯-硫复合材料前驱体。然后将石墨烯-硫复合材料前驱体置于管式炉中，在惰性气体保护下一定温度煅烧一定时间得到含硫质量分数为50％石墨烯/硫复合材料。由于石墨烯片层结构易于聚集，且孔径较大，使硫易于优先聚集于大孔中，在充放电过程中多硫化物向电解液中溶解，扩散至阳极和金属锂反应从而导致电池容量的快速衰减。使得电池仅在30次循环后，电池容量仅为43.2％。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种正极复合材料的制备方法。该方法在还原氧化石墨烯的过程中加入导电材料活性炭，利用活性炭具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积，吸附能力强、化学稳定性好、机械强度高等优点，因而活性炭可以将硫颗粒吸附在三维网格中，彼此之间又相互连接，形成大的导电网络，降低颗粒间的电阻，有利于提高材料的导电性。本发明中利用具有高电子传递的高速网络的石墨烯包覆活性炭材料作为锂硫电池正极材料的改性方法，制备工艺简单，较现有技术具有先进性，所取得的电化学性能也具有显著性提高。

本发明的技术方案为：

一种正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯加入到去离子水中，然后超声分散1-3h，得到氧化石墨烯悬浮液；

其中，每10mL去离子水加入10-40mg氧化石墨烯；