[發明專利]一種高性能鋰硫電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010134431.2
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111342009B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張永光;劉加兵
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;C01B32/182
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 郭平平

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，具體的涉及一種新型高性能鋰硫電池正極材料及其制備方法。該正極材料為具有三維泡沫結構的石墨烯與V₂C Mxene的復合材料。該正極材料為具有三維泡沫結構的石墨烯與V₂C Mxene復合材料，石墨烯具有良好的導電性；V₂C Mxene則具備優異的吸附性和電化學能量存儲特點；同時三維泡沫結構限制可溶性多硫化物、增多了活性位點以及形成快速離子通道，三者共同作用促進了鋰硫電池的電化學性能。所述制備方法簡單、有效、易于實現。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，具體的涉及一種高性能鋰硫電池正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著社會的日益進步和科技的飛速發展，人類社會對儲能技術的需求不斷增長，使得可充電電池應運而生，以此來應對社會發展所面臨的能源危機。由于硫在地殼中的含量豐富，價格低廉以及其卓越的理論比容量，使得鋰硫電池成為了目前最具前景的新型二次電池的一種，并且受到了人們的廣泛關注。

然而鋰硫電池這一領域仍然面臨著重大挑戰，存在電池中的活性物質硫導電性差；鋰化過程中體積膨脹以及中間產物易溶解于電解液而造成活性物質利用率低等諸多缺點，極大阻礙了Li-S電池的實際應用，尤其源自高階多硫化物擴散所造成的“飛梭效應”導致了Li-S電池的低庫倫效率、鋰負極腐蝕以及循環期間容量快速衰減等問題。為了與傳統的鋰離子電池競爭，開發具有高質量容量的硫電極至關重要，因此需要對電極材料進行結構設計，以增加電極結構的硫負載量。

硫正極的合理改造對于實現優異的電池性能起著至關重要的作用，建立有效快速的離子/電子傳輸通道有利于解決活性物質S在電導率上的不足。原則上碳基材料的二維石墨烯片是一種具有前景的載硫主體，將硫加載至石墨烯后，能夠有效地提高正極結構的導電性；但其在循環過程中對于多硫化鋰(LPS)的限制能力卻十分有效，導致其較差的循環特性；此外二維結構的石墨烯在應對放電過程中體積膨脹效應也作用甚微。因此亟待需要一種性能更為穩定的鋰硫電池正極材料。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種高性能鋰硫電池正極材料及其制備方法，該正極材料為具有三維泡沫結構的石墨烯與V₂C Mxene復合材料，石墨烯具有良好的導電性；V₂C Mxene則具備優異的吸附性和電化學能量存儲特點；同時三維泡沫結構限制可溶性多硫化物、增多了活性位點以及形成快速離子通道，三者共同作用促進了鋰硫電池的電化學性能。所述制備方法簡單、有效、易于實現。

本發明的技術方案為：一種高性能鋰硫電池正極材料為具有三維泡沫結構的石墨烯與V₂CMxene的復合材料。

所述高性能鋰硫電池正極材料的制備方法，首先制備均勻的石墨烯與V₂C Mxene水相分散混合液；然后將石墨烯與V₂C Mxene沉積至泡沫基材上；最后刻蝕吸附有石墨烯與V₂C Mxene的泡沫基材，得到具有三維泡沫結構的石墨烯與V₂C Mxene的復合材料。

所述高性能鋰硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備石墨烯與V₂C Mxene水相分散混合液：首先稱取石墨烯均勻水相分散液，然后加入去離子水，稀釋、攪拌得到石墨烯均勻分散體，然后將V₂C Mxene溶液加入至石墨烯均勻分散體中，連續攪拌形成均勻的石墨烯與V₂C Mxene水相分散混合液；

(2)制備吸附有石墨烯與V₂C Mxene的泡沫基材：首先將泡沫基材進行洗滌、干燥，然后浸泡至步驟(1)所得的石墨烯與V₂C Mxene水相分散混合液中,攪拌處理15～60分鐘后取出干燥；重復上述浸泡過程3～5次,得到吸附有石墨烯與V₂C Mxene的泡沫基材；