[发明专利]一种石墨烯-硫复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明适用于锂离子电池领域，具体涉及一种石墨烯‑硫复合正极材料及其制备方法，所述方法包括：将石墨烯与KOH加入去离子水中，搅拌12～48h分散均匀得到混合液；在60～95℃烘干得到石墨烯/KOH均匀分散物，将所述石墨烯/KOH分散物置于管式炉中在氩气氛下,升至500～1000℃，并继续保温后冷却至室温；混合物加入稀盐酸中和至pH＝7,过滤烘干后得到预处理石墨烯；向所述分散液中加入二硫化碳，加入的二硫化碳和石墨烯质量比为4～10:1；将反应后的产物离心清洗，直至清洗液无色，即得。本发明提供的石墨烯‑硫复合正极材料制备方法制得的石墨烯‑硫复合正极材料，硫活性物质的利用率，具有极佳的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种石墨烯-硫复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池是一种新型高比能电池体系，近年来，具有高容量和高能量密度的锂硫电池成为能源材料的研究热点之一。为了进一步提高二次锂电池比容量，人们不断探索新型正极材料，单质硫或硫基复合材料就是当前最具吸引力的一类正极材料，与金属锂配对，其理论比容量可高达1672mAh/g，理论能量密度高达2600Wh/kg，实际能量密度可达到390Wh/kg，未来几年内极有可能提高到600Wh/kg左右，是当前最具研究价值和应用前景的二次锂电池体系之一。单质硫除具有极高的理论比容量，还具有储量丰富、成本低廉和环境友好等优势。

然而锂硫电池存在如下问题：电极反应过程中产生的Li₂S_n(n≥2)多聚硫化锂易溶于电解液中，产生飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率，部分多聚硫化锂会扩散到负极，腐蚀锂电极；部分不可逆的反应生成低结晶度的Li₂S和Li₂S₂，造成电池循环性能降低。上述不足制约了锂硫电池的发展，也是锂硫电池研究需要解决的重点问题。

发明内容

本发明实施例提供一种石墨烯-硫复合正极材料制备方法，通过该方法制得的石墨烯-硫复合正极材料硫活性物质的利用率高，制得的锂硫电池循环性能好。

本发明实施例提供的一种石墨烯-硫复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：将0.5～5重量份的石墨烯与2～20重量份的KOH加入去离子水中，搅拌12～48h分散均匀得到混合液，其中，所述混合液中0.5～5g石墨烯对应的去离子水的体积为200～600ml；对所述混合液进行蒸馏后，在60～95℃烘干得到石墨烯/KOH均匀分散物，将所述石墨烯/KOH分散物置于管式炉中在氩气氛下,2～10℃/min升至500～1000℃，并继续保温30～120min,后冷却至室温,得到石墨烯与KOH的混合物；向所述混合物加入稀盐酸中和至pH＝7,过滤烘干后得到预处理石墨烯；将0.2～0.6重量份的所述预处理石墨烯加入到去离子水中，超声分散0.5～2h得到分散液，其中，所述分散液中0.2～0.6g预处理的石墨烯对应的去离子谁的体积为50～200mL；向所述分散液中加入二硫化碳，加入的二硫化碳和石墨烯质量比为4～10:1；在大功率接触式超声反应设备中，600～1200W功率下反应3～8h；将反应后的产物用醇水比为1:2-2的醇水混合液交替离心清洗，直至清洗液无色，即得。

本发明实施例还提供一种由上述方法制得的石墨烯-硫复合正极材料。

本发明实施例提供的石墨烯-硫复合正极材料制备方法制得的石墨烯-硫复合正极材料，硫活性物质的利用率，具有极佳的循环性能。

附图说明

图1是本发明实施例1-3的产物和对比例1和2的XRD分析图；

图2(a)是本发明对比例1的电镜分析图；

图2(b)是本发明对比例2的电镜分析图；

图2(c)是本发明实施例1的产物的电镜分析图；

图2(d)是本发明实施例2的产物的电镜分析图；