[发明专利]锂硫电池正极复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了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及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。所述制备方法包括：1)合成氧化石墨烯悬浊液；2)将适量NH₃·H₂O溶液滴入铜盐溶液中，搅拌均匀，将所得的混合物用去离子水中洗涤，得到氢氧化铜胶体；将氢氧化铜胶体加入到氧化石墨烯悬浊液中，搅拌均匀后将样品冷冻干燥，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，研磨以获得均匀混合的混合物；4)将混合物置于管式炉中，在120～160℃下煅烧8～20h，降温后研磨至粉状，即制得硫/氢氧化铜/氧化石墨烯复合材料。本发明制得的复合材料具有良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体涉及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及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展和便携式电子设备的广泛应用，人类的动力需求日益增长，具备高容量、高能量密度、长循环寿命等新型储能系统亟待开发。

锂硫电池具有极高的理论比容量(1675mAh/g)和理论能量密度(2600Wh/kg)，其正极活性物质硫具有无毒性、成本低廉、材料来源广泛等优势，是极具开发前景的新型电化学储能系统。但是由于单质硫的绝缘性、循环过程中硫的体积膨胀以及中间产物多硫化物的溶解及穿梭效应等问题，导致锂硫电池始终存在活性物质利用率和能量密度低、循环寿命短等问题，限制着锂硫电池在实际中的的生产应用。

金属氢氧化物是由金属阳离子和氢氧根阴离子组成的，由于阴离子的存在，金属氢氧化物表面存在大量极性位点，可以有效地吸附多硫化物，促进电池充放电过程中的电化学转化。

发明内容

本发明针对上述问题，提供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及其制备方法，该制备方法使用静电自组装效应将氢氧化铜(Cu(OH)₂)与氧化石墨烯(GO)两者相复合制成复合材料，并利用复合材料中Cu(OH)₂和GO作为硫的多功能高效载体的协同效应进一步抑制多硫化物的溶解转化和穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

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，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，搅拌停止后将样品放入冷冻干燥机中冷冻干燥后得到氢氧化铜/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(S@Cu(OH)₂/GO)。