[发明专利]一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法

说明书

本发明涉及一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：取二(2‑乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入去离子水中，获得微乳液先驱液；取片状氧化石墨烯粉末(GO)加入N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中，制得GO‑NMP溶液，然后将GO‑NMP溶液缓慢滴入微乳液先驱液中，即制得石墨烯微乳液；取单质硫颗粒，将球磨后的单质硫颗粒微波还原，加入有机溶剂，然后缓慢滴入微乳液先驱液，即制得硫‑微乳液；将硫‑微乳液缓慢滴入至石墨烯微乳液，采用超声持续搅拌，然后过滤获得颗粒状沉淀物，即制得包覆硫的石墨烯复合海绵材料。有益效果：三维多孔的石墨烯骨架有利于实现快速的反应动力学，包覆硫的石墨烯复合海绵可发挥出更高的活性物质利用率。

技术领域

本发明涉及锂电池电极制备领域，具体涉及一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法。

背景技术

随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。

锂硫电池(Li-S电池)是一种具有非常高的能量密度的可再充电的电池，其中将具有高电化学潜能的锂与硫结合(Li-S)以获得优异的可再充电的性能。在硫和锂原子分离或结合时，储存和释放出电池能量。因为硫提供比其他普通的正极材料更高的每克充电容量，所以与传统电池相比，Li-S电池具有更高的能量密度。电池由于其能量密度更高且成本更低廉所以可以接替锂离子电池。此外，与大多数正极材料相比，硫几乎无毒，使得此类电池对于人接触是比较安全的。因此，人们有极大的兴趣将Li-S电池用于各种应用。然而，差的电化学稳定性、循环稳定性和低的正极材料利用率长期以来是阻碍LiS电池快速发展的难题。中国专利申请CN 1396202A公开了一种用于电化学电池的包含硫和聚合物的复合正极材料，其中该聚合物用作基体，电化学活性硫被引入其中。CN 1396202A公开了可以将聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氧乙烯、聚乙烯醇等用作Li-S电池中的聚合物前体。中国专利申请CN 101577323A公开了一种用于Li-S电池的正极材料，其是通过如下方式制备的：将硫基复合材料、环糊精粘合剂和碳导电剂混合，将该混合物涂覆在铝箔集流体上，干燥及压制以获得正极。该硫基复合材料包含碳纳米管、硫和聚丙烯腈。虽然存在有所有这些现有技术，仍然需要具有更优的充放电性能且成本更低廉的正极材料。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，获得的正极材料具有较好的循环寿命和倍率性能，尤其在大电流密度充放电条件下仍然具有较优异的电化学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：

(1)微乳液先驱液的制备：称取0.1g～0.5g的二(2-乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入200ml～500ml的去离子水中，超声搅拌10min～30min，获得微乳液先驱液；

(2)石墨烯微乳液的制备：称取1g～5g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入200ml～500ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌10min～30min，制得GO-NMP溶液，然后将100ml的GO-NMP溶液缓慢滴入100ml～200ml的微乳液先驱液中，超声搅拌1h～2h，即制得石墨烯微乳液；

(3)硫-微乳液的制备：称取0.1g～1g单质硫颗粒，球磨0.5h～4h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原0.5h～2h，将经过还原的单质硫颗粒加入200ml～300ml有机溶剂，超声搅拌10min～30min，然后缓慢滴入100ml～200ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1h～2h，即制得硫-微乳液；