[发明专利]一种锂硫电池复合正极材料的制备方法

说明书

本发明的一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，步骤如下：按配比将石墨炔与C₃N₄前驱体进行混合，形成混合物后，热处理形成复合产物；采用气相沉积的方法，将单质硫沉积在复合产物上，获得沉积产物；制备相应浓度的氧化石墨烯溶液，将沉积产物分散于氧化石墨烯溶液，获得沉积产物氧化石墨烯乳液，烘干制备得锂硫电池复合正极材料。本发明采用的石墨炔具有优良的物理、化学性质，C₃N₄具有优良的固硫性能，通过气相沉积获得纳米级硫颗粒，通过加入氧化石墨烯，并进行高温处理，原位并均匀的生成石墨烯，该方法简单、适合大规模生产，硫颗粒与C₃N₄、石墨炔、石墨烯结合紧密，制备的正极材料具有优良的电化学性能。

技术领域：

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池复合正极材料的制备方法。

背景技术：

随着智能电网、空间技术和电动汽车等领域的飞速发展，人们对高容量、长循环寿命、低成本及环境友好的化学储能器件的开发开发成为研究热点，金属锂为负极、单质硫或含硫材料为正极的锂硫电池，根据单位质量的单质硫被完全还原为硫化锂所能提供的电量课计算出锂硫电池的放点理论容量为1675mAh/g,理论能量密度为2567Wh/Kg，与传统的锂离子电池相比，锂硫电池满足以上需求特点，有望代替成规锂离子电池成为未来的高能量密度、长寿命的二次电池。但是锂硫电池在实际应用中仍存在诸多问题，如硫的低电导率和在充放电过程中含硫材料会发生剧烈的体积变化，将会破坏其结构的稳定性，导致循环过程中正极材料从集流体上粉化脱落，同时循环过程中产生的多硫化物会产生“穿梭效应”，更会引起比容量的急剧衰减，降低库伦效率，导致循环性能的下降。

现有技术中，提高锂硫电池性能的方案主要有正极硫基结构的优化与材料的改性，通过填充、混合或包覆等方法将单质硫和高孔隙率的多孔材料机械复合成正极复合材料，从而改善正极锂离子电导率和电池循环性能。对多孔材料要求具有不与多硫化物及金属锂发生反应的化学稳定性，且不溶于电解质，具有较高的锂离子电导率。

石墨炔是一种新的碳同素异形体，具有sp和sp2的二维三角空隙、大表面积、电解质离子快速扩散等特性，基于石墨炔的锂离子电池也具有优良的倍率性能、大功率、大电流、长效的循环稳定性等特点，相关指标明显高于石墨、碳纳米管和石墨烯等碳材料，并具有优良的稳定性。其在催化、燃料电池、锂离子电池、电容器、太阳能电池以及力学性能等方面具有优良性质和性能。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，本发明采用的石墨炔具有优良的物理、化学性质，C₃N₄具有优良的固硫性能，气相沉积的方法能够获得纳米级硫颗粒。为了进一步提高导电性能，加入了氧化石墨烯，并采用高温处理的方法，原位并均匀的生成石墨烯。本发明制备方法简单、适合大规模生产，硫颗粒与C₃N₄、石墨炔、石墨烯结合紧密，具有优良的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)按质量配比为(10～1):(1～10)，取石墨炔与C₃N₄前驱体进行混合，形成混合物；

(2)将混合物进行热处理，形成复合产物；

(3)采用气相沉积的方法，按质量比，单质硫：复合产物＝(1～10):1，将单质硫沉积在复合产物上，获得沉积产物；

(4)取氧化石墨烯溶于去离子水中，制备氧化石墨烯溶液，所述的氧化石墨烯溶液质量浓度为10～60％；

(5)按配比，沉积产物：氧化石墨烯溶液＝(10～1):1，搅拌，将沉积产物分散于氧化石墨烯溶液，获得沉积产物氧化石墨烯乳液；