[發(fā)明專利]一種石墨烯花的制備方法及其在鋰硫電池中的應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611262275.8
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106602063B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設計）人: 高超;陳皓
• 申請（專利權）人: 長興德烯科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種石墨烯花的制備方法，主要是將氧化石墨烯溶液進行噴霧干燥，得到氧化石墨烯花；然后對其進行還原即得到石墨烯花。本發(fā)明還公開了石墨烯花在鋰硫電池中的應用。本發(fā)明操作簡便、成本低，適于規(guī)模化生產，在保證鋰硫電池高能量比的同時，可提高鋰硫電池的倍率性能，從而大幅提高能量密度，可用于高能量儲能材料、器件領域。

技術領域

本發(fā)明涉及一種石墨烯花的制備方法及其在鋰硫電池中的應用。

背景技術

鋰硫電池以其超高的能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性以及功率密度成為目前最有希望的下一代能量儲存方式。然而由于硫本身導電性較低，如何構建高負載高面密度的鋰硫電池正極一直是鋰硫領域的一項重要課題。近來，通過添加石墨烯提高正極導電性，進而提高其能量密度也越來越受到研究者的關注。

石墨烯一種厚度只有0.34nm的超薄二維納米材料。石墨烯具有超高的導電性以及載流子遷移率，使其在鋰硫電池材料領域具有極大地應用價值。然而目前大規(guī)模制備石墨烯的方法主要是通過氧化法，會對石墨烯的結構進行破壞，而沒有缺陷的石墨烯主要以氣相沉積法獲得，無法大規(guī)模生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種石墨烯花的制備方法及其在鋰硫電池中的應用，鋰硫電池中，硫正極的面積比容量可高達5.2mAh/cm²，極大地提高鋰硫電池的電化學性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種石墨烯花的制備方法，它的步驟如下：

(1)將氧化石墨烯原料溶于溶劑并攪拌，得到質量百分含量在0.01％-2％的氧化石墨烯溶液；

(2)將氧化石墨烯溶液進行噴霧干燥，得到氧化石墨烯花粉末。

(3)使用還原劑或者高溫熱處理將氧化石墨烯花進行還原,得到石墨烯花。

進一步地,所述步驟1)的溶劑選自去離子水、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、環(huán)丁砜、乙醇、正丁醇、乙腈，或者它們任意比組成的混合物。

進一步地,所述步驟2)的噴霧干燥溫度為60-200℃，噴霧口直徑為0.1-100微米。

進一步地,所述步驟3)的還原劑選自體積百分含量5％-50％碘化氫水溶液、抗壞血酸鈉溶液、水合肼蒸汽；高溫熱處理為1000-3000℃氮氣或氬氣氛圍下，時間為10-1000分鐘。

一種石墨烯花在鋰硫電池中的應用,所述應用具體為：

(1)將石墨烯花與硫進行混合,并在惰性氣體氛圍下進行共熱；

(2)將石墨烯花硫復合物與膠黏劑及導電劑混合制成漿料，涂膜于集流體上，進行烘干；

(3)將烘干所得集流體與負極、隔膜、電解液及電池包裝組裝，從而得到以石墨烯花硫復合物為正極的鋰硫電池。

進一步地,所述步驟1中石墨烯花和硫的質量比為1：9-9:1，惰性氣體選自氮氣，氬氣、混合氣等，共熱溫度為100-400℃，共熱時間為10-1000分鐘；

進一步地,所述步驟2中，石墨烯花硫復合物與膠黏劑及導電劑混合比例為9:0.5:0.5-5:2.5:2.5，膠黏劑選自聚偏二氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、丁苯橡膠基、水、N-甲基吡咯烷酮及他們任意比組成的混合物；導電劑選自乙炔黑、科琴黑、SuperP、石墨烯、碳納米管、C60及他們任意比組成的混合物；集流體選自鋁箔、銅箔、鎳箔、碳覆鋁箔、碳紙、碳布。

進一步地,所述步驟2所述的涂膜厚度在1-100微米，烘干溫度為40-100℃，烘干時間為1-100小時。