[發明專利]一種以石墨烯導電網絡約束多硫化鋰的鋰硫電池用正極材料

有效

• 申請號: 201710594688.4
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107403916B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 馮巖;李世剛
• 申請（專利權）人: 貴州鼎璽烯材高科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 昆明合眾智信知識產權事務所 53113
• 代理人: 張璽

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及以石墨烯導電網絡約束多硫化鋰的鋰硫電池用正極材料。

背景技術

鋰硫電池與市場上主流的磷酸鐵鋰電池相比有非常明顯的優勢，首先理論上鋰硫電池的能量密度就遠超絕大多數類型的動力電池，其次鋰硫電池的生產成本較低，且使用后低毒，回收利用的能耗較小。

但是，鋰硫電池最大的問題是循環利用次數比較低，穩定性差，這就極大增加了鋰硫電池的使用成本。

石墨烯具有優異的機械、電學、熱學和抗菌性能，電阻率比銅或銀更低，為目前世界上電阻率最小的材料。目前雖然有將石墨烯引入磷酸鐵鋰正極材料的相關報道，但是石墨烯與鋰硫材料復合構成正極的電學性能并不理想。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合納米材料，具體涉及以石墨烯導電網絡約束多硫化鋰的鋰硫電池用正極材料。

本發明還提供了上述正極材料的制作方法。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案為：

以石墨烯導電網絡約束多硫化鋰的鋰硫電池用正極材料，以重量份計，是由以下組分制成的：石墨烯微片1～2份，多硫化鋰粉末6～8份，聚酰亞胺(PI)溶液1份，有機碳源水溶液5～10份，其中，有機碳源水溶液中有機碳源的質量百分數為3～15％。

優選的，所述石墨烯微片碳層數多于10層，厚度在5-100nm。

優選的，所述石墨烯微片采用物理剝離法(即微機械剝離法)制備得到。

優選的，所述多硫化鋰粉末的粒徑為100～200nm。

優選的，所述有機碳源選自葡萄糖或蔗糖中的任一種。

進一步優選的，所述有機碳源水溶液為質量濃度10％的葡萄糖水溶液。

上述正極材料的制作方法，具體步驟如下：

(1)將石墨烯微片加入有機碳源水溶液中，混勻，超聲波分散；

(2)加入多硫化鋰粉末，攪拌混勻，在氮氣保護下碳化形成具有離子通道的核殼結構，得材料Ⅰ；

(3)將步驟(2)制得的材料Ⅰ與聚酰亞胺溶液混合攪拌均勻制成漿料，然后將漿料均勻涂布于電池正極區，經烘干亞胺化即得電池正極。

優選的，步驟(1)中的有機碳源水溶液為質量濃度10％的葡萄糖水溶液。

優選的，步驟(1)中的石墨烯微片先進行改性處理，具體方法如下：

(11)將石墨烯微片溶于蒸餾水中，得到質量濃度0.2～0.3g/L的石墨烯微片溶液，然后超聲振蕩20～30分鐘；

(12)向步驟(11)所得石墨烯微片溶液中加入聚氨酯寡聚體，90～100℃反應0.5～1小時，然后加入水合肼，210～220℃反應8～10小時，后處理，即得；

其中，聚氨酯寡聚體的化學式為n＜10，石墨烯微片、聚氨酯寡聚體和水合肼的質量比為1：0.3～0.4：30～40。

優選的，步驟(12)的后處理包括過濾、洗滌和干燥，具體方法是：將反應結束所得反應液用半透膜過濾，再分別用蒸餾水、甲醇和無水乙醇交替洗滌濾渣，最后于80～100℃烘箱干燥。

本發明的技術效果為：

本發明的石墨烯微片具有分散性好和電導率高等特點，改性后有利于降低石墨烯片層之間的再堆疊。石墨烯微片與有機碳源水溶液混合碳化后能阻礙生成的多硫化物溶解于電解液中，有利于提高正極的導電性和多硫化鋰的固定，即提高了電極的循環次數，也提高了電極的倍率特性。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步的闡述：

本發明涉及的石墨烯微片為貴州鼎璽烯材高科技有限公司生產的物理剝離式石墨烯微片，聚酰亞胺溶液購自南京中鴻潤寧新材料科技有限公司；多硫化鋰粉末是根據專利CN103985866B實施例1的方法制備得到的。

實施例1

以石墨烯導電網絡約束多硫化鋰的鋰硫電池用正極材料，以重量份計，是由以下組分制成的：石墨烯微片1份，多硫化鋰粉末6份，聚酰亞胺(PI)溶液1份，有機碳源(葡萄糖)水溶液5份，其中，有機碳源(葡萄糖)水溶液中有機碳源(葡萄糖)的質量百分數為3％。

其中，多硫化鋰粉末的粒徑為100nm。

上述正極材料的制作方法，具體步驟如下：

(1)將石墨烯微片加入有機碳源(葡萄糖)水溶液中，混勻，超聲波分散；

(2)加入多硫化鋰粉末，攪拌混勻，在氮氣保護下碳化形成具有離子通道的核殼結構，得材料Ⅰ；