[发明专利]一种基于高能量密度型石墨烯硫正极复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于高能量密度型石墨烯硫正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：浓硫酸中加入石墨粉、硝酸钠以及高锰酸钾，搅拌使其缓慢升温；待溶液反应升温后加入去离子水以及还原剂，过滤干燥得到氧化石墨；氧化石墨超声处理，得到分散液A，升温至80℃‑90℃后加入水合肼，过滤冲洗，干燥后得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯加水后超声处理，得到分散液B；将无机硫化物加水后搅拌溶解，得到硫溶液C；将分散液B与硫溶液C混合至反应完全，加入稀酸调节溶液至酸性并过滤，干燥后得到石墨烯/硫正极复合材料，在0.1℃的充电条件下，容量为1186mAh·g^‑1，经过200次循环后的库伦效率为96％，1℃充电条件下容量为997mAh·g^‑1,循环1000次后容量为578mAh·g^‑1。

技术领域

本发明涉及锂电池制备领域，尤其涉及一种基于高能量密度型石墨烯硫正极复合材料的制备方法。

背景技术

与传统的二次电池相比，锂电池具有较高的体积比能量和质量比能量，可以使电池变得更小、更轻，并且相对节能环保。然而，目前商业化运用的锂电池的能量密度较低，一般只有150-200Wh/kg，这也成为了高耗能科技应用中的瓶颈之一。锂硫电池中的硫正极能提供高达1675mAh/g的理论比容量(是传统LiCoO2正极容量的五倍以上)，并且锂硫电化学对具有2600Wh/kg的能量密度(比传统锂离子电池高出五倍，成本得到大大降低)。但硫在作为电池的正极材料时存在电导率较低、体积变化较大(可达80％)、多硫化物溶解在电解液中导致活性物质损失、硫穿梭以及自放电等问题。而三维导电石墨烯骨架可以提供快速的电子传输，改善硫的电导率，提高硫的负载量。

石墨烯是用作高性能复合材料增强物的理想候选材料，通过将硫与石墨烯复合的材料用于生产锂正极极，能够解决锂电池充放电中间产物的溶解问题以及提高电池的循环性能，然而当下的石墨烯/硫正极复合材料存在着也存在着制备工艺复杂，复合不均匀的问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于高能量密度型石墨烯硫正极复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于高能量密度型石墨烯硫正极复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：在0℃-20℃的适量浓硫酸中加入石墨粉、硝酸钠以及高锰酸钾，搅拌使其缓慢升温；S2：待溶液反应升温至30℃以上，加入去离子水以及少量还原剂，过滤洗涤后干燥得到氧化石墨； S3：氧化石墨加入去离子水后超声处理，得到分散液A，升温至80℃-90℃后加入水合肼，充分反应后过滤冲洗，干燥后得到氧化石墨烯；S4：将氧化石墨烯加入去离子水后超声处理，得到分散液B；将无机硫化物加入去离子水后搅拌溶解，得到硫溶液C；S5：将分散液B与硫溶液C混合至反应完全，加入稀酸调节溶液至酸性并过滤，干燥后得到石墨烯/硫正极复合材料。

本发明一个较佳实施例中，还原剂采用与高锰酸钾反应的双氧水，用于还原溶液中残留的少量氧化剂。

本发明一个较佳实施例中，S2中用5％-10％的HCL溶液和去离子水洗涤，直至滤液中无硫酸根。

本发明一个较佳实施例中，S5中过滤洗涤后，置于60℃-70℃环境下进行干燥。

本发明一个较佳实施例中，S2中搅拌加入还原剂直至溶液变为亮黄色后停止加入。

本发明一个较佳实施例中，S3中，加入水合肼反应后，将产物依次用甲醇和去离子水冲洗。

本发明一个较佳实施例中，所述无机硫化物为硫化钠、硫化锂、硫化钾、硫化铵中的一种或几种的混合。

本发明一个较佳实施例中，所述稀酸为稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸。

本发明一个较佳实施例中，S5中将溶液调节至pH＝2～3。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：