[发明专利]一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用，它属于锂硫电池材料的制备方法领域。本发明普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。本发明首次放电容量高达850mAh/g；在0.5C倍率下其容量能够保持为900mAh/g，具有优良的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池材料的制备方法领域；具体涉及一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

由于对全球能源供应有限、环境和气候变化的担忧加剧，对清洁高效能源储存设备的需求一直在稳步增长。电池是其中最突出的清洁高效能源。目前，先进的锂硫电池是便携式电子设备和电动汽车发展的首选技术。然而，现有的可充电锂硫电池系统无法满足高容量存储领域日益增长的需求。因此，锂硫电池的功率密度和能量密度需要显著提高。目前，正极材料的比容量较低是制约电池能量密度的因素之一。所以开发高容量、环境友好和具有丰富自然资源的正极材料至关重要。

锂硫电池作为可充电电池的一个重要类别，由于其成本低、环保、理论能量密度和理论比容量远高于其他正极材料而受到广泛关注。但由于硫的导电性低，循环过程中体积波动大，单质硫容易和锂进行氧化还原反应生成的中间产物多硫化物溶解在电解液中，即臭名昭著的“穿梭效应”，导致循环稳定性差，库仑效率低，容量迅速衰减。而且，这些问题只能得到缓解，不能消除。因此，有必要设计新的含硫化合物作为锂硫电池正极材料。

发明内容

本发明目的是提供一种工艺方法简单，性能较高的一种硫/石墨烯/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备普鲁士蓝类似物：称量一定质量的十水合亚铁氰化钠、聚乙烯吡咯烷酮，加入到一定体积的盐酸溶液中，搅拌均匀后，在搅拌的条件下，滴加一定体积的氯化钴溶液，滴加完毕后继续搅拌一定时间，然后放入烘箱中，80～90℃恒温反应10～12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤、真空干燥后，得到普鲁士蓝类似物，待用；

步骤2、制备硫/普鲁士蓝类似物复合材料：按照一定质量比称量步骤1制得的普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，待用；

步骤3、制备石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料：将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的步骤2制得的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。

本发明所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤1中十水合亚铁氰化钠的质量为1～1.2mmol，聚乙烯吡咯烷酮的质量为14～20g，盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，盐酸溶液的体积为100～150ml，氯化钴溶液的浓度为0.05～0.06mol/L，氯化钴溶液的体积为100～150ml，滴加完毕后继续搅拌1～2h。

本发明所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤1中烘箱80℃恒温反应12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤3次、80℃真空干燥12h，得到普鲁士蓝类似物，所述的普鲁士蓝类似物为Na₂Co[Fe(CN)₆]。