[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。该材料为石墨烯@共价有机框架材料与纯相纳米硫粉形成的复合材料。本发明中通过喷雾干燥的方法将石墨烯和共价有机框架材料很好地结合起来，二者协同作用，可以更好地提升锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备和电动汽车的发展，商用锂离子电池的能量密度已难以满足日益增长的电能储存需求。长续航的二次电池成为研究人员的研究焦点，在多种候选的电化学储能体系中，基于硫与锂的多电子电化学转化反应的锂硫电池优势显著：高理论比容量1675 mAh·g⁻¹；高理论比能量2567 Wh·kg⁻¹(远高于商用钴酸锂石墨锂离子电池的387Wh·kg⁻¹)；低工作电压(2.2V)使其相对安全；同时单质硫储量丰富、成本低且环境友好，使锂硫电池具备巨大的商业化应用前景，但锂硫电池存在一系列问题制约其商业化进程，如单质硫和其放电终产物硫化锂的低电导率限制了活性物质的利用率和电池的倍率性能；充放电过程中产生的中间产物多硫化锂可溶解于电解液，并在正负极之间来回穿梭，使电池容量迅速衰减；硫在放电过程中会发生高达80%的体积膨胀，会造成正极发生粉化，导致电池失效。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种锂硫电池正极材料及其制备方法，该材料为石墨烯@共价有机框架材料与纯相纳米硫粉形成的复合材料。首先制备共价有机框架材料，再通过喷雾干燥复合石墨烯后作为硫载体材料，随后利用球磨和热融法掺硫制备得到所述的锂硫电池正极材料。本发明中通过喷雾干燥的方法将石墨烯和共价有机框架材料很好地结合起来，二者协同作用，可以更好地提升锂硫电池的电化学性能。

本发明的技术方案为：一种锂硫电池正极材料，该材料为石墨烯@共价有机框架材料

与纯相纳米硫粉形成的复合材料。

所述石墨烯@共价有机框架材料与纯相纳米硫粉的质量比为1：2～5。

所述共价有机框架材料的主要制备原料为1，4-苯二胺和1，3，5-均三苯甲醛。

所述1，4-苯二胺和1，3，5-均三苯甲醛的质量比为1:1。

所述石墨烯@共价有机框架材料中石墨烯与共价有机框架材料的质量比为0.025～0.2:1。

一种所述锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备共价有机框架材料：将1，4-苯二胺和1，3，5-均三苯甲醛置于反应管中，加入1，4-二氧六环使两者溶解混匀，然后滴加醋酸，而后在液氮冷冻条件下抽真空，赶尽气泡，封管，自然升至室温，然后转移至恒温烘箱内反应，反应完成后离心，洗涤，经索氏提取后，真空干燥得淡黄色固体即共价有机框架材料；

（2）制备石墨烯@共价有机框架材料：取步骤（1）中制备得到的共价有机框架材料，置于石墨烯水溶液中超声，之后通过喷雾干燥得到石墨烯@共价有机框架材料；

（3）制备石墨烯@共价有机框架材料/硫：将步骤（2）中制得的石墨烯@共价有机框架材料和纯相纳米硫粉放入球磨罐内进行混合处理，将球磨后得到的混合物放入氮气保护下的管式炉中进行热处理，得到所述锂硫电池正极材料。

所述步骤（1）中1，4-苯二胺用量为0.5～1 g，1，3，5-均三苯甲醛用量为0.5～1 g，1，4-二氧六环用量为5～10mL，质量分数为10～40%的醋酸用量为1～5mL；所述步骤（2）中取共价有机框架材料1～2g，置于50～100mL浓度为1～2mg/mL的石墨烯水溶液中；所述步骤（3）中石墨烯@共价有机框架材料和纯相纳米硫粉的质量比为1：2～5。