[發(fā)明專利]一種磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910198511.1 | 申請日： | 2019-03-15 |
| 公開（公告）號： | CN110112374A | 公開（公告）日： | 2019-08-09 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李坤;劉明凱;閆巖;劉雨晴;于洋 | 申請（專利權(quán)）人： | 江蘇師范大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052 |
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| 地址： | 221000 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 碳纖維 制備 磷摻雜 氣凝膠 石墨烯 充放電過程 氧化石墨烯 硫氣 凝膠 氧化石墨烯溶液 氣凝膠材料 循環(huán)穩(wěn)定性 導(dǎo)電性 材料結(jié)構(gòu) 電池循環(huán) 電極技術(shù) 磷酸溶液 使用壽命 體積膨脹 增強材料 鋰硫電池 硫正極 水合肼 水熱釜 孔道 碳基 還原 應(yīng)用 電池 | ||
一種磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用，涉及鋰硫電池電極技術(shù)領(lǐng)域，其制備方法包括，分別制備碳纖維和得琉球；將琉球分散在的氧化石墨烯溶液中，加入碳纖維，混合均勻，冷凍干燥得氧化石墨烯/碳纖維/硫氣凝膠；將氧化石墨烯/碳纖維/硫氣凝膠加入磷酸溶液置于水熱釜中反應(yīng)，水合肼還原得磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠。本發(fā)明所制備的磷摻雜碳基琉球碳纖維氣凝膠材料，碳纖維連接在石墨烯之間增強材料的結(jié)構(gòu)并增加了材料的導(dǎo)電性，氣凝膠中的孔道為硫正極在充放電過程中所發(fā)生的體積膨脹提供了充足的空間，使材料結(jié)構(gòu)在電池循環(huán)充放電過程中保持穩(wěn)定，延長了材料的使用壽命，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰硫電池電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)
在眾多電化學(xué)儲能體系中，鋰硫電池被認(rèn)為是一種極具開發(fā)前景的新一代二次鋰電池。鋰硫電池具有高的理論容量(～1675mAh/g)和高能量密度(～2600Wh/kg)。不僅如此，作為正極活性物質(zhì)的單質(zhì)硫具有儲量豐富，來源廣泛及低毒無公害等眾多優(yōu)點，因此，大量的研究者們都致力于鋰硫電池商業(yè)化應(yīng)用的研究中。
雖然鋰硫電池的應(yīng)用前景非常光明，但是在現(xiàn)階段鋰硫電池的市場化進(jìn)程依然受到一些尚未克服的難題阻礙，比如：(1)電池在充電過程中形成的多硫化鋰在正負(fù)極之間的往復(fù)運動形成穿梭效應(yīng)，這一現(xiàn)象造成電池充電過程延長，庫倫效率降低，且多硫化鋰腐蝕鋰負(fù)極，消耗了鋰的含量，同時負(fù)極的多硫化鋰被還原為不導(dǎo)電的Li2S2和Li2S沉積在鋰片表面，阻礙電子傳輸也造成活性物質(zhì)損失，降低了電池的循環(huán)性能；(2)硫作為正極活性物質(zhì)，其導(dǎo)電率較低，絕緣的本質(zhì)阻礙了電極中電子的傳輸，造成活性物質(zhì)的利用率降低；(3)電池在充放電過程中存在硫與多硫化鋰的相互轉(zhuǎn)化，硫正極的電極結(jié)構(gòu)也會發(fā)生體積的膨脹和收縮現(xiàn)象，反復(fù)的體積膨脹和收縮會造成電極結(jié)構(gòu)坍塌及活性物質(zhì)脫落等問題，從而降低電池的容量性能。
目前，人們通過多種方法改善鋰硫電池的這些問題，比如：將硫負(fù)載至碳材料(多孔碳球、介孔碳纖維、碳納米管、石墨烯等)、多孔金屬氧化物等。例如：將硫負(fù)載至介孔碳CMK-3并作為鋰硫電池的正極材料，該電池的比容量可以達(dá)到1051mAh/g，并維持200圈的循環(huán)穩(wěn)定性。將硫負(fù)載至具有空心結(jié)構(gòu)的核殼碳球中制備成實心碳球/硫復(fù)合材料，該材料作為鋰硫電池正極在循環(huán)200圈之后仍然保持960mAh/g的比容量。但是，現(xiàn)有的多孔鋰硫電池正極材料的孔體積有限導(dǎo)致材料的載硫量較低，從而限制了電池的電化學(xué)性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種硫含量高，活性利用率高，能量密度高，循環(huán)性能好的正極材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有的硫正極材料存在的硫擔(dān)載量低，比容量小，能量密度低，循環(huán)性能差等問題。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠的制備方法，其包括以下步驟：
S1：將聚酰亞胺溶液制成聚酰亞胺膜，碳化，保護(hù)氣氛中加熱，得碳纖維膜，再將碳纖維膜浸入濃硫酸，超聲，洗滌，干燥，得碳纖維；
將Na2S2O3溶液與聚乙烯吡咯烷酮混合，加入濃鹽酸，攪拌，過濾，去離子水洗滌，得琉球；
S2：將S1中制備的琉球分散在的氧化石墨烯溶液中，加入S1中制備的碳纖維，混合均勻，冷凍干燥得氧化石墨烯/碳纖維/硫氣凝膠；
S3：將氧化石墨烯/碳纖維/硫氣凝膠加入磷酸溶液，置于水熱釜中反應(yīng)，過濾，洗滌，干燥，得磷摻雜氧化石墨烯碳纖維/硫氣凝膠；
S4：將磷摻雜氧化石墨烯碳纖維/硫球氣凝膠用水合肼還原，得磷摻雜石墨烯碳纖維琉球氣凝膠。
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