[發明專利]石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法

有效

• 申請號: 201410299849.3
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104064738A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 賈錚;李振華;韋華宇;李程遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

1.石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于該方法按以下步驟進行：

一、制備石墨烯漿料：所述石墨烯漿料由石墨烯和水組成，石墨烯片層在漿料中均勻地分散；其中，該石墨烯漿料的含水量為90％～99.99％；

二、制備硫/多孔碳復合材料，其中多孔碳材料由活性炭、石墨烯、炭黑、碳納米管、模板多孔碳、碳纖維、碳氣凝膠、碳化物衍生碳中的一種或其中幾種組成，硫/多孔碳復合材料中硫與多孔碳的質量比為1:(0.02～20)；

三、按石墨烯漿料中的石墨烯與硫/多孔碳復合材料中的硫的質量比為(0.02～20):1，將步驟二制備的硫/多孔碳復合材料加入到步驟一制備的石墨烯漿料中混合分散均勻，然后將混合漿料加入具有聚四氟乙烯內襯的水熱反應釜中，將反應釜密閉后在100～220℃水熱處理1～24h，得到水凝膠柱，將水凝膠柱取出后碾壓擠出其中的水分，再用水浸泡洗滌，在20～90℃的溫度下干燥1～24h，研磨成粉末狀，再在20～90℃下真空干燥1～24h，得到石墨烯包覆硫/多孔碳復合材料。

2.根據權利要求1所述的石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于步驟一中的石墨烯漿料的具體制備方法如下：

(1)稱取石墨與還原劑；其中石墨與還原劑的質量比為1:(0.1～1000)；還原劑為抗壞血酸、KOH、NaOH、LiOH和氨水中的一種或其中幾種的組合；

(2)將步驟(1)稱取的石墨氧化成為氧化石墨；

(3)按氧化石墨的濃度為0.01mg mL^-1～50mg mL^-1，將步驟(2)得到的氧化石墨加入水中，在頻率為20～100KHz的超聲條件下剝離、分散0.5～10h，得到氧化石墨烯水分散液；

(4)在溫度為4℃～100℃的條件下，向步驟(3)得到的氧化石墨烯水分散液中加入還原劑，在頻率為20～100KHz的超聲條件下還原0.2h～24h，得到石墨烯水分散液；

(5)將步驟(4)得到的石墨烯水分散液進行真空抽濾，或者減壓旋轉蒸發，或者旋轉離心處理，形成粘稠的漿料，然后再對其進行滲析或真空抽濾水洗，得到石墨烯漿料，該石墨烯漿料的含水量為90％～99.99％。

3.根據權利要求1或2所述的石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于步驟二中的硫/多孔碳復合材料的制備方法為熔融擴散法，具體為：將硫和多孔碳混合均勻后置于惰性氣氛中加熱至100～400℃溫度下保持1h～24h，使硫熔融擴散到多孔碳的孔隙中和外表面，得到硫/多孔碳復合材料，其中硫和多孔碳的質量比為1:(0.02～20)。

4.根據權利要求1或2所述的石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于步驟二中的硫/多孔碳復合材料的制備方法為硫蒸汽填充法，具體為：將單質硫在惰性氣氛或真空環境中加熱到100～500℃升華成硫蒸汽，硫蒸汽填充到附近的多孔碳中，隨后冷凝，得到硫/多孔碳復合材料，其中硫和多孔碳的質量比為1:(0.02～20)。

5.根據權利要求1或2所述的石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于步驟二中的硫/多孔碳復合材料的制備方法為含硫溶液浸漬法：將硫溶解于二硫化碳、苯、甲苯、二甲基亞砜、四氯化碳、乙醚、氯仿中的一種或其中幾種組成的溶劑中，形成含硫溶液，將多孔碳加入含硫溶液中浸漬，隨后干燥去除溶劑，使硫沉積到多孔碳的孔隙中和外表面上，得到硫/多孔碳復合材料，其中硫和多孔碳的質量比為1:(0.02～20)。

6.根據權利要求1或2所述的石墨烯包覆硫/多孔碳復合正極材料的水熱制備方法，其特征在于步驟二中的硫/多孔碳復合材料的制備方法為化學反應法，具體為：將多孔碳加入到硫代硫酸鹽或硫化物的水溶液中分散混合均勻，使硫代硫酸鹽或硫化物浸漬到多孔碳的孔隙內部，加入稀酸溶液，使硫代硫酸鹽或硫化物發生化學反應，在多孔碳孔隙中和外表面沉積上單質硫，得到硫/多孔碳復合材料，其中硫和多孔碳的質量比為1:(0.02～20)。