[发明专利]一种α-MnO2

说明书

本发明涉及锂硫电池技术领域，且公开了一种α‑MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料，包括以下配方原料及组分：单质硫负载多孔石墨烯、硫酸锰、硫酸铵、过硫酸铵。该一种α‑MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料，以羧基功能化聚苯乙烯微球作为牺牲模板，制备得到三维多孔石墨烯微球，含有丰富的孔隙结构和空心结构，可以将升华硫均匀地吸附进三维多孔石墨烯微球的基体中，对单质硫具有良好的空间限域作用，延缓了多硫化锂的迁移和溶解，导电性能优异的三维多孔石墨烯增强了硫正极材料的导电性能和电子传输速率，MnO₂纳米球外壳对多硫化锂具有很强的结合能和化学吸附能力。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体为一种α-MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料及其制法。

背景技术

锂硫电池是锂电池的一种，以硫为正极反应物质，以锂为负极，放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压，在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程，锂硫电池具有很高的理论比容量，是一种发展潜力巨大的能量存储和转换系统。

但是目前的锂硫电池正极材料的单质硫活性物质是不导电物质，不利于电池的倍率性能，并且锂硫电池电化学反应过程中产生的多硫化锂物质，很容易溶解在电解液中，形成穿梭效应，导致活性硫成分大大减少，同时单质硫中充放电过程中，容易发生体积膨胀和缩小，严重影响了电极材料的电化学循环稳定性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种α-MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料及其制法，解决了锂硫电池正极材料的导电性能很差的问题，同时解决了多硫化锂物质容易溶解在电解液中，导致活性硫成分减少的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种α-MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料，包括以下原料及组分：单质硫负载多孔石墨烯、硫酸锰、硫酸铵、过硫酸铵，质量比为10:6-7:5-6:19-21。

优选的，所述α-MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯组分1和引发剂偶氮二异丁腈，置于气氛反应装置中，在氮气氛围下加热至60-80℃，匀速搅拌反应1-2h，再缓慢加入苯乙烯组分2的乙醇溶剂和丙烯酸的乙醇溶剂，匀速搅拌反应24-36h，使用正己烷洗涤固体产物并充分干燥，制备得到羧基功能化聚苯乙烯微球。

(2)向反应瓶中加入蒸馏水、氨基化石墨烯和羧基功能化聚苯乙烯微球，超声分散均匀后，在65-75℃下匀速搅拌反应24-36h，静置陈华反应12-18h，过滤除去溶剂、使用蒸馏水和乙醇洗涤，固体混合产物置于甲苯和醋酸乙酯的混合溶剂中，匀速搅拌5-10h，离心分离、洗涤并干燥，制备得到三维多孔石墨烯微球。

(3)向反应瓶中加入蒸馏水和三维多孔石墨烯微球，超声分散均匀后加入升华硫，将溶液转移进水热反应釜中，加热至160-170℃，反应12-18h，真空干燥除去溶剂，制备得到单质硫负载多孔石墨烯。

(4)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、单质硫负载多孔石墨烯、硫酸锰、硫酸铵和过硫酸铵，超声分散均匀后将溶液转移进水热反应釜中，加热至140-150℃，反应10-15h，将溶液过滤除去溶剂溶液，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物并干燥，制备得到α-MnO₂纳米球包覆多孔石墨烯的锂硫电池正极材料。

优选的，所述步骤(1)中的聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯组分1、偶氮二异丁腈、苯乙烯组分2和丙烯酸的质量比为18-25:100:3-4:100-120:5-10。