[發(fā)明專利]石墨烯/活性炭微球作為正極材料的鋰硫電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810040733.6
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN108288697B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林前鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南國盛石墨科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 任重;單香杰

本發(fā)明公開一種石墨烯/活性炭微球作為正極材料的鋰硫電池的制備方法，該方法制備中形成的石墨烯/活性炭微呈球形結(jié)構(gòu)，比表面積大，分散性較好，能有效地改善了鋰硫電池料的電化學(xué)性能；本發(fā)明的鋰硫電池的制備方法，將超聲分散、霧化熱解、霧化干燥、炭化，使整個(gè)生產(chǎn)過程成為一個(gè)整體，有效控制石墨烯/活性炭微球的成型，保證材料的質(zhì)量，本制備方法操作簡單，成本較低，節(jié)能環(huán)保，制得的鋰硫電池的容量保持率佳。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池制備領(lǐng)域，具體地涉及一種石墨烯/活性炭微球作為正極材料的鋰硫電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池使用石墨材料作為負(fù)極，磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等含鋰金屬氧化物作為正極，利用鋰離子在正負(fù)極之間的“搖椅效應(yīng)”來貢獻(xiàn)容量，目前現(xiàn)有的二次鋰離子電池自身理論比容量將近300mAh/g，即便如此也難以達(dá)到人們所需的二次電池的要求，同時(shí)燃料電池在短時(shí)間內(nèi)還較難實(shí)用化，因而具有1650mAh/g理論比容量的鋰锍電池成為目前的最具吸引力的二次電池體系。

鋰锍電池以單質(zhì)硫作為正極，金屬鋰作為負(fù)極，其中單質(zhì)硫的理論比能量就達(dá)到2600Wh/kg，且單質(zhì)硫價(jià)格低廉、資源豐富，對(duì)環(huán)境友好，在一定程度上可以替代鋰離子電池，但是鋰锍電池的實(shí)際比容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論比容量，因此限制了它大規(guī)模的運(yùn)用。造成這個(gè)現(xiàn)象的主要原因是鋰硫電池在充放電循環(huán)的過程中，聚硫化物易溶于電解液中，在循環(huán)終止時(shí)，并沒有全部轉(zhuǎn)化成最終產(chǎn)物，造成了有效物質(zhì)的損失，同時(shí)由于聚硫化物的溶解造成的“飛梭效應(yīng)”，使得鋰锍電池的容量大幅度降低。因此發(fā)明出能改善鋰锍電池“飛梭效應(yīng)”的正極材料十分迫切。

由于單質(zhì)硫作為正極材料的一系列不足，科研人員利用碳纖維與單質(zhì)硫復(fù)合作為正極活性物質(zhì)的研究最為普遍。碳纖維具有良好的導(dǎo)電性，其結(jié)構(gòu)也能對(duì)多硫化物的遷移擴(kuò)散起到抑制作用。近幾年常用來作為科研對(duì)象的碳纖維有：乙炔黑、石墨烯、碳納米管、空心碳，多孔碳等，這些材料都在不同程度上改善和提高了鋰硫電池的放電容量和循環(huán)效率?？招奶记?、碳管具有更大內(nèi)部空間，可以容納多單質(zhì)硫和電解液，將充放電反應(yīng)抑制在內(nèi)腔中，使得聚硫化物難以脫離碳?xì)?，此外，由于單質(zhì)硫被包覆在碳球中，材料顆粒之間直接接觸，因此不需要額外地添加導(dǎo)電劑，從而增加了正極活性物質(zhì)的含量。

經(jīng)檢索現(xiàn)有技術(shù)，利用碳纖維制備鋰硫電池的放電容量和循環(huán)效率參差不齊，難以保證鋰硫電池的高質(zhì)量，現(xiàn)有的技術(shù)，研磨混合后，再高溫?zé)崽幚淼姆植襟E制備方法較多。制備得到的活性炭材料形貌各異，很難保證一致性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題，提供石墨烯/活性炭微球作為正極材料的鋰硫電池的制備方法。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

提供的石墨烯/活性炭微球作為正極材料的鋰硫電池，將石墨烯/活性炭微球材料與乙炔黑和PVDF按質(zhì)量比80:10:10在NMP中混合均勻，涂覆在鋁箔上制得正極極片，以金屬鋰片為負(fù)極在手套箱中裝配成紐扣電池；其中，電解液為1 M LiTFSI/DOL-DME，其體積比為1:1，隔膜為celgard 2400微孔膜；

所述石墨烯/活性炭微球的制備方法，包括以下步驟：

S1.將蔗糖與碳纖維在去離子水溶液中混合，室溫下攪拌4～6h后，利用電磁超聲器進(jìn)行超聲分散，所述超聲分散的功率為350～550W；所述超聲分散的時(shí)間為0.5～1h，得到混合溶液；

S2.將步驟S1所述混合溶液，通過超聲噴霧器霧化，所述霧化的流速為 350～380cc/min，將霧化后的混合溶液，通入預(yù)先通有惰性氣體的真空管式爐內(nèi)，進(jìn)行恒溫處理，升溫至500～550℃，保溫28～30h；恒溫直至噴霧結(jié)束后，再持續(xù)1h，待反應(yīng)爐冷卻至室溫后，收集管內(nèi)沉積的產(chǎn)物；

S3.將步驟S2所述產(chǎn)物與氧化石墨烯水溶液混合均勻，得到復(fù)合水溶液；再加入氫氧化鉀或氫氧化鈉，調(diào)節(jié)溶液PH至10以上，不斷攪拌得到氧化石墨烯包裹碳水化合物的分散液；