[发明专利]一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂硫电池复合正极材料，是以氧化石墨烯作为电池正极材料的基体，将氧化石墨烯与铁电材料复合后，得到石墨烯/铁电复合材料，然后将石墨烯/铁电复合材料再与纳米硫按照3:7的质量比例混合，制备成锂硫电池复合正极材料；所述铁电材料为钛酸钡、钛酸铅、铌酸钾、钛酸锶、铌酸锂或者锆钛酸铅的一种。本发明的锂硫电池复合正极材料，利用氧化石墨烯的优良导电性和结构稳定性，作为良好的导电网路和正极基体，提高正极材料的导电性；利用铁电材料的铁电性对极性多硫化物的强吸附作用，抑制多硫化物在电解液中的溶解及穿梭，从而减少活性物质的损失，提高锂硫电池的库伦效率和循环寿命。

主权项

1.一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，石墨烯/铁电复合材料的制备：石墨烯/铁电复合材料的制备方法为：向氧化石墨烯中加入无水乙醇，其中氧化石墨烯与无水乙醇的比例为40mg:40ml，超声0.5h，得到超声氧化石墨烯溶液；铁电材料分散在去离子水中，其中铁电材料与去离子水的比例为1mg:1ml，氧化石墨烯与铁电材料的质量比例是1～1.5:1，超声0.5h，得到超声铁电材料溶液，所述铁电材料为钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶、铌酸锂或者锆钛酸铅中的一种；将超声氧化石墨烯溶液与超声铁电材料溶液混合均匀，超声0.5h，然后搅拌0.5h，得到氧化石墨烯复合物；将得到的氧化石墨烯复合物转移到水热釜中，在120‑220℃下反应8h，自然冷却后依次用去离子水和75％酒精离心清洗，得到还原氧化石墨烯复合物；最后将还原氧化石墨烯复合物在60‑80℃下真空干燥12‑24h，得到石墨烯/铁电复合材料；或者，石墨烯/铁电复合材料的制备方法为：向氧化石墨烯中加入去离子水，其中氧化石墨烯与去离子水的比例为0.4～0.6g:70～100ml，超声1‑3h，随后转移到搅拌器上，连续搅拌0.5‑4h，搅拌过程中依次加入硝酸钡、氢氧化钠和二氧化钛，得到氧化石墨烯复合物；其中，氧化石墨烯与硝酸钡的质量比例为0.4～0.6:0.4～0.6，氧化石墨烯与氢氧化钠的质量比例为0.4～0.6:18～21，氧化石墨烯与二氧化钛的质量比例为0.4～0.6:0.1～0.2；将得到的氧化石墨烯复合物转移到水热釜中，在120‑220℃下反应10‑16h，自然冷却后依次用0.1mol/L硝酸、去离子水和75％酒精离心清洗，得到还原氧化石墨烯复合物；最后将还原氧化石墨烯复合物在60‑80℃下真空干燥12‑24h，得到石墨烯/铁电复合材料；步骤2，将步骤1的石墨烯/铁电复合材料与纳米硫复合：将石墨烯/铁电复合材料研磨30min，然后加入纳米硫，再研磨30min，混合均匀，其中石墨烯/铁电复合材料与纳米硫的质量比例3:7，得到石墨烯/铁电复合材料与纳米硫的混合物；在充满氮气环境下将石墨烯/铁电复合材料与纳米硫的混合物放入水热釜中，将水热釜转移至充有氮气的管式炉中，将管式炉以1℃/min的速率升温至100‑110℃，随后以0.5℃/min的速率升温至155‑200℃，并在155‑200℃保温6‑24h，最后冷却至室温，得到锂硫电池复合正极材料。