[發明專利]用于鋰/硫電池的硫化鋰?氧化石墨烯復合材料

在審

• 申請號: 201580054945.4
• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN107112520A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: E·J·凱恩斯;化胤
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 牟靜芳,鄭霞

1.一種組合物，所述組合物包含納米顆粒球體，所述納米顆粒球體具有嵌入有氧化石墨烯的硫化鋰(Li₂S/GO)。

2.如權利要求1所述的組合物，所述組合物進一步包含圍繞所述Li₂S/GO的保形碳涂層。

3.如權利要求1所述的組合物，其中所述硫化鋰核心包含嵌入的氧化石墨烯。

4.如權利要求2所述的組合物，其中所述硫化鋰核心包含嵌入的氧化石墨烯和保形碳涂層。

5.如權利要求3或4所述的組合物，其中所述氧化石墨烯和硫化鋰是不均勻分散的。

6.如權利要求3或4所述的組合物，其中所述氧化石墨烯和硫化鋰是基本上均勻分散的。

7.如權利要求3所述的組合物，其中所述硫化鋰氧化石墨烯核心具有約200nm至1400nm的寬度或直徑。

8.如權利要求3所述的組合物，其中所述硫化鋰氧化石墨烯核心具有約800nm的平均寬度或直徑。

9.如權利要求3所述的組合物，其中所述保形碳涂層包含圍繞所述硫化鋰氧化石墨烯核心的殼層。

10.如權利要求2或3所述的組合物，其中所述保形碳涂層具有約5nm至45nm的厚度。

11.如權利要求10所述的組合物，其中所述保形碳涂層的平均厚度為約25nm。

12.一種合成如權利要求1所述的硫化鋰氧化石墨烯復合材料的方法，所述方法包括：

將在非極性有機溶劑中包含元素硫的第一溶液添加到在分散溶劑中包含分散的氧化石墨烯的第二溶液中，并且添加強鋰基還原劑以制備反應混合物；

通過在高溫加熱所述反應混合物2分鐘至30分鐘來從所述反應混合物中沉淀所述Li₂S-GO材料。

13.如權利要求12所述的方法，其中所述方法進一步包括：

從所述反應混合物中收集沉淀的Li₂S-GO材料；

洗滌所述Li₂S-GO材料；以及

干燥所述Li₂S-GO材料。

14.如權利要求12或13所述的方法，其中所述非極性有機溶劑選自戊烷、環戊烷、己烷、環己烷、辛烷、苯、甲苯、氯仿、四氯乙烯、二甲苯、1,2-二氯苯、1,4-二烷、二硫化碳以及乙醚。

15.如權利要求14所述的方法，其中所述非極性有機溶劑是甲苯。

16.如權利要求12至15中任一項所述的方法，其中所述強鋰基還原劑選自由三乙基硼氫化鋰、正丁基鋰、以及氫化鋰鋁組成的組。

17.如權利要求12至16中任一項所述的方法，其中所述分散溶劑選自由以下各項組成的組：乙酸、丙酮、乙腈、苯、1-丁醇、2-丁醇、2-丁酮、叔丁醇、四氯化碳、氯苯、氯仿、環己烷、1,2-二氯乙烷、二氯苯、二氯甲烷、乙醚、二乙二醇、二甘醇二甲醚(二乙二醇二甲醚)、1,2-二甲氧基乙烷(DME、甘醇二甲醚)、二甲醚、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亞砜(DMSO)、二烷、乙醇、乙酸乙酯、乙二醇、甘油、庚烷、六甲基磷酰胺(HMPA)、六甲基磷酸三酰胺(HMPT)、己烷、甲醇、甲基叔丁醚(MTBE)、二氯甲烷、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、硝基甲烷、戊烷、石油醚(揮發油)、1-丙醇、2-丙醇、吡啶、四氫呋喃(THF)、甲苯、三乙胺、鄰二甲苯、間二甲苯以及對二甲苯。

18.如權利要求12至17中任一項所述的方法，所述方法進一步包括用碳涂覆所述Li₂S/GO球體以形成涂有保形碳層的Li₂S/GO顆粒(Li2S/GO@C)。

19.如權利要求18所述的方法，其中通過化學氣相沉積(CVD)進行所述涂覆。

20.如權利要求18所述的方法，其中通過使碳基聚合物在所述球體上在惰性氣氛下熱解以形成熱解碳基涂層來進行所述涂覆。

21.如權利要求20所述的方法，其中所述碳基聚合物選自聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或其組合。