[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于将升华硫按设计质量比融于纳米二氧化硅介孔球，形成复合物；再将此复合物与氧化石墨烯按设计质量比混合后还原，即得到锂硫电池正极材料；具体包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯的制备

①将9克过硫酸钾与9克五氧化二磷溶于15ml浓硫酸中，加入11克石墨粉；搅拌均匀后于80℃、保温24小时，得到预氧化石墨浆料；

②将预氧化石墨浆料抽滤，并用去离子水清洗后，置80℃的烘箱中烘烤24小时，得到预氧化石墨粉料；

③将3克硝酸钠加入255ml浓硫酸中，完全溶解后将得到的预氧化石墨粉料全部加入其中；整个体系置于10℃以下的水浴锅中，待整个体系温度稳定在10℃以下后，进行下一步操作；

④称取18克高锰酸钾，以0.9克分20次加入到上述体系中；该体系的温度始终保持在10℃以下，添加完毕后密封，该体系温度下保温3小时后转移至55℃水浴锅中，强烈搅拌5小时形成膏状物质；

⑤将膏状物质用盐酸溶液离心清洗，再用去离子水离心清洗，得到氧化石墨烯；

(2)纳米二氧化硅介孔球的制备

①取十六烷基三甲基溴化铵0.1～0.8克放入50ml去离子水中，充分搅拌0.6小时，配制成反应母液；将配制的反应母液置于60℃～110℃的恒温箱中保温10～48小时；

②取出反应母液并向其中加入正硅酸乙酯，所加正硅酸乙酯与反应母液的比例为：每1ml正硅酸乙酯加入反应母液为0.08～0.64克，于常温下磁力搅拌1-10小时，密封后反应10～48小时生成反应物；

③将生成的反应物抽滤、清洗至膏状物，将膏状产物分散于50～150ml去离子水中，磁力搅拌2小时，形成纳米二氧化硅介孔球分散液；

(3)对纳米二氧化硅介孔球碳包覆以及引入相应官能团

①在所述纳米二氧化硅介孔球分散液中加入0.4克碳源，同时根据引入的官能团加入0.01-0.35克富官能团物质，形成混合液；

②按照摩尔比例，在上述混合液中加入过渡金属乙酸盐，混合液与过渡金属乙酸盐的比例为：1:3；然后超声清洗0.2～2.5小时，混合均匀后在60℃～110℃烘箱中烘干，得到富官能团碳包覆纳米二氧化硅介孔球、过渡金属乙酸盐混合物；

③将上述混合物置于真空气氛条件下于850℃～1000℃退火处理5～10小时；自然冷却至室温，得到碳包覆的纳米二氧化硅介孔球；

(4)锂硫电池正极材料制备

①将上述碳包覆的纳米二氧化硅介孔球与升华硫按照质量比1:1～1:6混合均匀后，在150℃～250℃气氛条件下保温2～20小时，得到碳包覆纳米二氧化硅介孔球/硫复合物；

②取步骤(1)所制备的氧化石墨烯0.3克和1克碳包覆纳米二氧化硅介孔球/硫复合物分散于80～300ml去离子水中，磁力搅拌器搅拌0.2～2小时得氧化石墨烯混合液；

③将所得氧化石墨烯混合液置入60℃～110℃烘箱中，保温1～10小时得混合产物；将混合产物抽滤至膏状，用去离子水清洗，冻干1～15小时后即得到锂硫电池正极材料；将其磨细备用。

2.根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所制备的纳米二氧化硅介孔球其直径在30～200纳米之间。

3.根据权利要求1或2所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述纳米二氧化硅介孔球分散液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。

4.根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述加入的正硅酸乙酯与反应母液的比例为：每1ml正硅酸乙酯加入反应母液为0.16克。

5.根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述在纳米二氧化硅介孔球分散液中加入0.4克的碳源，所述碳源为明胶、或葡萄糖中的一种；添加量为每1克纳米二氧化硅介孔球添加0.4克碳源。

6.根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述加入过渡金属乙酸盐为镍、钴、锰、铝或铁的一种。