[发明专利]锂硫电池正极复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过改进的Hummers法合成氧化石墨烯悬浊液；

(2)氢氧化铜胶体的合成：将适量6-8wt％NH₃·H₂O溶液滴入铜盐溶液中，缓慢搅拌1-5min，搅拌结束后将所得的混合物用去离子水中反复洗涤数次，得到氢氧化铜胶体；将氢氧化铜胶体加入到步骤(1)制得的氧化石墨烯悬浊液中，连续搅拌1-4h，搅拌停止后将样品冷冻干燥，得到氢氧化铜/氧化石墨烯粉末样品；

(3)按配比，取单质硫与氢氧化铜/氧化石墨烯粉末置于研钵中，研磨1～3h以获得均匀混合的混合物；

(4)将混合物装入坩埚后置于管式炉中，在惰性氛围下从室温升温至120～160℃，使所述单质硫受热熔化，保温8～20h，降温冷却，研磨至粉状，即制得硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料。

2.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化石墨烯悬浊液合成的具体过程为：首先量取23-69mL浓硫酸加入到烧杯中，将其置于冰浴环境中，依次向烧杯中加入0.5-1.5g硝酸钠与1-3g石墨粉，持续搅拌40-60min；将磁子转速降低，并在持续搅拌的过程中缓慢加入3-9g高锰酸钾，持续搅拌1.5-3h直至反应物变成墨绿色，在反应过程中保持温度不超过10℃；撤去冰浴，升温至35℃持续激烈搅拌2-3h；将反应温度升至40-50℃，随后缓慢加入50mL去离子水，持续搅拌40min后再次加入150mL去离子水，持续搅拌1-2h，然后逐滴滴加5-15mL 30wt％H₂O₂溶液，持续搅拌1-3h，结束搅拌后得到氧化石墨溶液；将所得氧化石墨溶液依次用3-5wt％稀盐酸溶液与去离子水反复洗涤，将洗涤后的氧化石墨溶液装入透析袋中，置于去离子水环境中透析处理5-7天；将透析结束后的氧化石墨水溶液超声将其剥离，剥离后所得即为氧化石墨烯悬浊液。

3.根据权利要求2所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氧化石墨超声剥离成氧化石墨烯分散液所使用的超声处理功率为400W～800W，所述超声处理时间为30～90min。

4.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述冷冻干燥的温度为-10～-50℃，冷冻干燥的时间为24-48h。

5.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、碱式硫酸铜、碳酸铜、碱式碳酸铜中的一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中氢氧化铜胶体合成过程中所述NH₃·H₂O的加入量为15mL；所述铜盐溶液的加入量为15-30mL，浓度为0.01-0.1mol/L；所述氢氧化铜胶体的加入量为15-45mL；所述氧化石墨烯悬浊液的量为100mL，浓度为2-10mg/mL。

7.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述单质硫与氢氧化铜/氧化石墨烯粉末按质量比为(1～4)：1混合。

8.根据权利要求1所述的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种。

9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的制备方法得到的用于锂硫电池正极的硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料。