[发明专利]一种多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co9S8@S复合材料的制备及应用

说明书

一种多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co₉S₈@S复合材料的制备方法，先制备中空Co₉S₈纳米管，然后熔融扩散渗透硫，得到Co₉S₈@S；最后将多孔泡沫状氧化石墨烯和Co₉S₈@S溶于溶剂中并分散均匀，搅拌洗涤之后冷冻干燥得到多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co₉S₈@S复合材料，即Co₉S₈@S@GO粉末。本发明实现了氧化石墨烯对Co₉S₈@S纳米管的充分包裹并将其作为锂硫电池正极材料，克服现有锂硫电池正极材料存在的硫源电子/离子绝缘、多硫化物“穿梭效应”严重、体积膨胀显著三大问题。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料技术领域，特别涉及一种多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co₉S₈@S复合材料的制备及应用。

背景技术

自1991年首款商业锂离子电池推出至今，锂离子电池已广泛占据智能手机、平板电脑、笔记本电脑等小型电子设备市场，快速推动了电子产品的发展。但随着科学技术不断发展，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供应体系，因此需要开发新一代高容量电池材料来满足市场需求。

锂硫电池，一种基于硫与锂的多电子电化学转化体系，具有高能量密度(2600Wh/kg)、高理论比容量(1675mAh/g)，同时活性材料单质硫储量丰富、成本低且环境友好，极具商业前景。但锂硫电池仍存在一系列制约其商业化的问题：(1)硫的绝缘性与硫化锂的低电导率；(2)多硫化物(LPSs)溶解及“穿梭效应”；(3)硫体积膨胀导致结构不稳定。近年来，大量文献报道了通过碳材结构设计，运用物理约束作用，限制多硫化物溶解，提升导电性。

文献“Sun L.,Wang D.,Luo Y.,ACS Nano,2016,10:1300-1308”公开了一种多孔碳纳米管包覆活性硫的微结构，宿主材料碳管借助其多孔结构负载更多含量的硫，抑制硫的损失，但非极性碳材与极性多硫化物之间的范德华作用力弱，难以维持长久约束。

文献“Yao J.,Mei T.,Cui Z.Q.,Chemical Engineering Journal,2017,330:644-650”公开了一种TiO₂球内外包覆空心碳球约束硫和多硫化物的正极复合材料，借助中空碳球的良好导电性与充足空间，极性TiO₂球与硫、多硫化物的强相互作用，缓解锂硫电池三大问题。然而，这类带有极性的金属氧化物自身电导率低，为进一步增强金属氧化物电催化特性，提高氧化还原转化过程动力学速度，多硫化物阴离子需要被导电性优良的催化载体材料包裹，并在物理结构上限制活性硫材料的溢出，因此迫切需要寻找一种兼具高导电性与极性的正极复合材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co₉S₈@S复合材料的制备及应用，实现氧化石墨烯对Co₉S₈@S纳米管的充分包裹并将其作为锂硫电池正极材料，克服现有锂硫电池正极材料存在的硫源电子/离子绝缘、多硫化物“穿梭效应”严重、体积膨胀显著三大问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多孔泡沫状氧化石墨烯包覆Co₉S₈@S复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，制备中空Co₉S₈纳米管；

步骤(2)，熔融扩散渗透硫，得到Co₉S₈@S；