[發明專利]基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池

在審

• 申請號: 201710318979.0
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN108878879A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 馮奕鈺;王偉哲;封偉;曹宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

1.基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，以金屬鋰片為負極，以打孔還原氧化石墨烯為自支撐材料，作為正極，以Celgard 2400為隔膜；負極電解液為1,3-二氧戊環和乙二醇二甲醚的混合溶液，其中1,3-二氧戊環和乙二醇二甲醚為等體積比，溶質雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的濃度為1mol/L，LiNO₃的質量百分數為4wt％；正極電解液為1,3-二氧戊環和乙二醇二甲醚的混合溶液，其中1,3-二氧戊環和乙二醇二甲醚為等體積比，溶質雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的濃度為1mol/L，LiNO₃的質量百分數為4wt％，Li₂S₆的濃度為0.2—0.5mol/L；

打孔還原氧化石墨烯按照下述步驟進行：將Hummers法制備氧化石墨烯分散液置于水熱釜中并加入過氧化氫的水溶液，升溫至160—200攝氏度保溫1—6小時，以進行水熱反應，在反應中氧化石墨烯實現還原和自組裝成為圓柱形三維石墨烯材料，過氧化氫在圓柱形三維石墨烯材料上實現打孔；在水熱反應結束后，經去離子水洗滌和凍干后即可，經過氧化氫打孔和凍干后石墨烯材料的比表面積為1500—1600m²/g，在石墨烯材料上形成介孔和微孔并且在0.6–5.0nm范圍內有較廣的孔徑分布。

2.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，使用凍干機進行凍干，時間為10—15小時，優選12—15小時。

3.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，升溫至180—200攝氏度保溫3—5小時，以進行水熱反應。

4.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，使用馬弗爐對水熱釜進行加熱，自室溫20—25攝氏度，以每分鐘1—5攝氏度的速度進行升溫。

5.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，氧化石墨烯與過氧化氫的質量比為45：(1—5.5)，優選45：(3—5)。

6.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，以打孔還原氧化石墨烯為自支撐材料，作為正極：將制備的打孔三維石墨烯進行切割，稱重至3—5mg，隨后將切割所得的柱體用油壓機壓制成為0.5mm厚的圓片，用于自支撐正極材料。

7.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，正極電解液按照下述步驟進行制備：將經干燥處理的升華硫和無水Li₂S粉末放入含有1,3-二氧戊環(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)體積比1:1的電解液中，電解液中雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的濃度為1mol/L，LiNO₃的質量百分數為4wt％，在室溫20—25攝氏度下磁力攪拌40—60小時得到。

8.根據權利要求1所述的基于打孔還原氧化石墨烯的鋰硫電池，其特征在于，在石墨烯材料上形成的介孔和微孔結構能夠有效吸附多硫化鋰，從而有效抑制其在正極與負極之間的穿梭，經過100圈測試，庫倫效率維持在1.0，放電比容量維持在1400以上。