[發明專利]一種石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201911318019.X
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111048762B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 陳明華;劉曉雪;梁心琪;陳慶國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法及其應用，它屬于鋰硫電池材料的制備方法領域。本發明普魯士藍類似物、硫粉，加入到一定體積的二硫化碳溶液中，攪拌均勻后，在一定溫度下蒸干二硫化碳溶液，得到的產物用蒸餾水離心洗滌、干燥后得到硫/普魯士藍類似物復合材料，將一定濃度的石墨烯水懸浮液稀釋后，超聲分散一定時間，加入一定質量的硫/普魯士藍類似物復合材料，再加入一定體積的水合肼，攪拌一定時間后，得到的產物用蒸餾水洗滌，真空冷凍干燥后，得的石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料。本發明首次放電容量高達850mAh/g；在0.5C倍率下其容量能夠保持為900mAh/g，具有優良的倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池材料的制備方法領域；具體涉及一種石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法及其應用。

背景技術

由于對全球能源供應有限、環境和氣候變化的擔憂加劇，對清潔高效能源儲存設備的需求一直在穩步增長。電池是其中最突出的清潔高效能源。目前，先進的鋰硫電池是便攜式電子設備和電動汽車發展的首選技術。然而，現有的可充電鋰硫電池系統無法滿足高容量存儲領域日益增長的需求。因此，鋰硫電池的功率密度和能量密度需要顯著提高。目前，正極材料的比容量較低是制約電池能量密度的因素之一。所以開發高容量、環境友好和具有豐富自然資源的正極材料至關重要。

鋰硫電池作為可充電電池的一個重要類別，由于其成本低、環保、理論能量密度和理論比容量遠高于其他正極材料而受到廣泛關注。但由于硫的導電性低，循環過程中體積波動大，單質硫容易和鋰進行氧化還原反應生成的中間產物多硫化物溶解在電解液中，即臭名昭著的“穿梭效應”，導致循環穩定性差，庫侖效率低，容量迅速衰減。而且，這些問題只能得到緩解，不能消除。因此，有必要設計新的含硫化合物作為鋰硫電池正極材料。

發明內容

本發明目的是提供一種工藝方法簡單，性能較高的一種硫/石墨烯/普魯士藍類似物復合材料的制備方法及其應用。

本發明通過以下技術方案實現：

一種石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、制備普魯士藍類似物：稱量一定質量的十水合亞鐵氰化鈉、聚乙烯吡咯烷酮，加入到一定體積的鹽酸溶液中，攪拌均勻后，在攪拌的條件下，滴加一定體積的氯化鈷溶液，滴加完畢后繼續攪拌一定時間，然后放入烘箱中，80～90℃恒溫反應10～12h，反應后過濾，得到的沉淀物用蒸餾水離心洗滌、真空干燥后，得到普魯士藍類似物，待用；

步驟2、制備硫/普魯士藍類似物復合材料：按照一定質量比稱量步驟1制得的普魯士藍類似物、硫粉，加入到一定體積的二硫化碳溶液中，攪拌均勻后，在一定溫度下蒸干二硫化碳溶液，得到的產物用蒸餾水離心洗滌、干燥后得到硫/普魯士藍類似物復合材料，待用；

步驟3、制備石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料：將一定濃度的石墨烯水懸浮液稀釋后，超聲分散一定時間，加入一定質量的步驟2制得的硫/普魯士藍類似物復合材料，再加入一定體積的水合肼，攪拌一定時間后，得到的產物用蒸餾水洗滌，真空冷凍干燥后，得的石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料。

本發明所述的石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法，步驟1中十水合亞鐵氰化鈉的質量為1～1.2mmol，聚乙烯吡咯烷酮的質量為14～20g，鹽酸溶液的濃度為0.1mol/L，鹽酸溶液的體積為100～150ml，氯化鈷溶液的濃度為0.05～0.06mol/L，氯化鈷溶液的體積為100～150ml，滴加完畢后繼續攪拌1～2h。

本發明所述的石墨烯/硫/普魯士藍類似物復合材料的制備方法，步驟1中烘箱80℃恒溫反應12h，反應后過濾，得到的沉淀物用蒸餾水離心洗滌3次、80℃真空干燥12h，得到普魯士藍類似物，所述的普魯士藍類似物為Na₂Co[Fe(CN)₆]。