[發(fā)明專(zhuān)利]用于鋰/硫電池的硫化鋰?氧化石墨烯復(fù)合材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580054945.4
• 申請(qǐng)日: 2015-08-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107112520A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·J·凱恩斯;化胤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/38
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11262
• 代理人: 牟靜芳,鄭霞

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)依照35U.S.C.§119要求2014年8月12日提交的臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/036,390的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)提供了用于生成硫化鋰氧化石墨烯復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

常規(guī)的可再充電的鋰離子電池沒(méi)有滿(mǎn)足所有挑戰(zhàn)來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。舉例來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的電動(dòng)車(chē)輛需要高達(dá)400Wh/kg的高比能量，但是當(dāng)前的鋰離子電池僅可以提供約200Wh/kg(在理論上是580Wh/kg)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)提供了一種包含納米顆粒球體的組合物，所述納米顆粒球體具有嵌入有氧化石墨烯的硫化鋰(Li₂S/GO)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述組合物進(jìn)一步包含圍繞所述Li₂S/GO的保形碳涂層。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本公開(kāi)提供了一種組合物，所述組合物包含硫化鋰氧化石墨烯核心和保形碳涂層。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述硫化鋰核心包含嵌入的氧化石墨烯。在又另一個(gè)或替代的實(shí)施方案中，所述氧化石墨烯和硫化鋰是不均勻分散的。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，所述氧化石墨烯和硫化鋰是基本上均勻分散的。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述硫化鋰氧化石墨烯核心具有約200nm至1400nm的寬度或直徑。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的又另一個(gè)實(shí)施方案中，所述硫化鋰氧化石墨烯核心具有約800nm的平均寬度或直徑。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，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。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述保形碳涂層約5nm-45nm厚。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，所述保形碳涂層的平均厚度是約25nm。

本公開(kāi)還提供了一種合成如本文和上文所述的硫化鋰-氧化石墨烯復(fù)合材料的方法。所述方法包括將在非極性有機(jī)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(qiáng)鋰基還原劑以制成反應(yīng)混合物；以及通過(guò)將所述反應(yīng)混合物在高溫加熱2分鐘至30分鐘來(lái)從所述反應(yīng)混合物中沉淀所述Li₂S-GO材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括從所述反應(yīng)混合物中收集所述沉淀的Li₂S-GO材料，洗滌所述Li₂S-GO材料以及干燥所述Li₂S-GO材料。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，所述非極性有機(jī)溶劑選自戊烷、環(huán)戊烷、己烷、環(huán)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。在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，所述非極性有機(jī)溶劑是甲苯。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述強(qiáng)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。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的再另一個(gè)實(shí)施方案中，所述分散溶劑選自由以下各項(xiàng)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(huán)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(fā)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(duì)二甲苯。在前述實(shí)施方案中任一個(gè)的另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)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)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)進(jìn)行所述涂覆。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)使碳基聚合物在所述球體上在惰性氣氛下進(jìn)行熱解以形成熱解碳基涂層來(lái)進(jìn)行所述涂覆。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，在旋轉(zhuǎn)爐中涂布所述涂層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，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。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)將材料在400℃至700℃的溫度下加熱最多48小時(shí)來(lái)使涂有聚合物的Li₂S/GO球體熱解。

本公開(kāi)還提供了一種由如上文所述的方法制備的Li₂S/GO材料。本公開(kāi)還提供了一種由上文所述的方法制備的Li₂S/GO@C材料。