[发明专利]一种磺化石墨烯改性的硫碳电极及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种磺化石墨烯改性的硫碳电极,将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极。锂化的磺化石墨烯通过石墨烯层间的范德法力紧紧吸附于电极上可以降低硫碳电极中多硫化物的溶出，同时锂化的磺酸根具有传导锂离子的作用，因此该方法能够有效的提高锂硫电池的循环性能。同时该方法工艺简单，加工时间短，有望在锂硫电池领域实现大规模应用。

技术领域

本发明涉及的是一种锂硫电池技术领域，具体是一种磺化石墨烯修饰改性的硫碳电极的制备和应用。

背景技术

锂硫电池具有超高的理论能量密度，高达2600Wh/kg，同时使用成本较低的硫和碳作为正极材料，因而引起了人们的广泛关注，受到了越来越多的研究者的重视。全球锂硫电池研究的代表厂商有美国的Sion Power、英国的Oxis和韩国的SumSang等，并且可开发出的电池能量密度不低于400Wh/kg。但是要真正实现锂硫电池的大规模商业化应用还有很长的一段路要走。而目前限制锂硫电池商业化的主要原因在于放电中间产物聚硫离子溶解产生飞梭效应而导致的电池容量衰减快，电池循环性能差。现阶段解决锂硫电池放电过程中飞梭效应的办法主要有：通过碳材料的孔道设计来降低正极硫的溶解，例如设计微孔介孔复合碳材料；通过碳材料的结构设计将聚硫离子固定于正极中，例如设计胶囊碳的方法来固硫。但是这些对碳材料进行修饰改性制备的方法需要复杂的制备工艺，大大增加了材料的制备成本，致使最终的效果并不显著。

相比于通过改变碳材料的孔道结构或者微观形貌，直接对碳硫复合电极进行修饰改性所需的工艺相对简单，因而具有更低的成本。本发明采用一种锂化的磺化石墨烯将其吸附于硫碳电极表面，锂化的磺化石墨烯在硫碳电极表面形成一层石墨烯薄膜。该薄膜上锂化的磺酸根可向硫碳电极内部传递锂离子，同时该薄膜可以降低聚硫离子从硫碳电极的流失，从而显著提高锂硫电池的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磺化石墨烯改性的硫碳电极。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

所述硫碳电极的制备方法为，将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极；

所述磺化石墨烯中的碳元素和硫元素的碳硫比为9:1至6:1；

所述氢氧化锂溶液的质量浓度为1％至30％；

所述浸渍温度为20℃至100℃；

所述浸渍时间为1小时制48小时；

所述的粘结剂为全氟磺酸树脂，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯中的一种，粘结剂与磺化石墨烯的质量比为0.01至0.1；

所述分散剂为水、乙醇、异丙醇和N-N二甲基乙酰胺中的一种，分散剂与磺化石墨烯的质量比为10至100。

所述硫碳电极作为正极用于锂硫电池中。

本发明有益效果

硫碳复合电极经过磺化石墨烯改性之后，锂化的磺化石墨烯通过石墨烯层间的范德法力紧紧吸附于电极上可以降低硫碳电极中多硫化物的溶出，同时锂化的磺酸根具有传导锂离子的作用，因此该方法能够有效的提高锂硫电池的循环性能。同时该方法工艺简单，加工时间短，有望在锂硫电池领域实现大规模应用。

附图说明

图1实施例1中磺化石墨烯改性之前的硫碳复合电极形貌；

图2实施例1中磺化石墨烯改性之后的硫碳复合电极形貌；