[發(fā)明專(zhuān)利]一種富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010370641.1
• 申請(qǐng)日: 2020-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111573745B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷;張繼君;陳澤祥;呂慧芳;周智雨;趙揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G53/00
• 分類(lèi)號(hào): C01G53/00;C01B32/184;C01B17/00;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 賴(lài)林東

本發(fā)明涉及鋰硫電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料制備方法，步驟包括，首先利用Hummer氧化還原法合成氧化石墨烯溶液，并將其與鎳鈷鹽、活性劑和尿素混合；再通過(guò)水浴法在氧化石墨烯片上生長(zhǎng)鎳鈷氧化物，從而得到氧化石墨烯與鎳鈷氧化物的復(fù)合材料；然后將該種復(fù)合物再次利用水浴法進(jìn)行硫化處理，得到氧化石墨烯與鎳鈷硫化物的復(fù)合材料；再經(jīng)過(guò)退火，得到具有硫空位的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料；最后對(duì)其進(jìn)行富硫化處理，最終得到富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鋰硫電池其正極硫材料在充電過(guò)程中會(huì)形成可溶性的硫化鋰中間態(tài)，導(dǎo)致其循環(huán)性能衰減嚴(yán)重的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料制備方法

背景技術(shù)

隨著電子便攜設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的普及，對(duì)于穩(wěn)定、高的能量密度的儲(chǔ)能設(shè)備的需求也隨之增加。為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的需求，急需開(kāi)發(fā)出一種具有高能量密度和好的循環(huán)性能的儲(chǔ)能設(shè)備。而鋰硫電池恰恰滿(mǎn)足這一條件，其正極的硫的理論能量密度為1675mAh/g，而且其整體電池的理論能量密度達(dá)到2600Wh/kg。最重要的是正極材料的硫在大自然中儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低，環(huán)境友好，對(duì)環(huán)境基本沒(méi)有污染。

但是，目前還有一些因素限制了鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。比如，正極硫材料是非金屬材料，導(dǎo)電性較差，限制了電子在正極上面的傳輸，從而也降低了正極活性材料的利用率，這也是目前鋰硫電池實(shí)際能量密度與理論相差較大的主要原因；還有一個(gè)主要原因就是正極硫材料在充放電過(guò)程中會(huì)形成可溶性的硫化鋰中間態(tài)，故而導(dǎo)致其循環(huán)性能衰減嚴(yán)重。

針對(duì)上述的問(wèn)題，目前的解決方案有：將硫與具有高比表面積、高導(dǎo)電性的碳材料相復(fù)合，如中國(guó)專(zhuān)利(CN 201610079316)和中國(guó)專(zhuān)利(CN 201710975306)利用碳材料來(lái)改善其導(dǎo)電性和束縛硫在充放電過(guò)程中的流失。雖然上述的方法起到了一定的改善作用，但是利用的是其物理吸附，其吸附量是有限的，其循環(huán)性能衰減問(wèn)題并沒(méi)有得到明顯的改善；將硫與金屬氧化物或者金屬硫化物相復(fù)合，如中國(guó)專(zhuān)利(CN 201711352912)利用納米鎳鈷硫粒子復(fù)合硫，以此通過(guò)化學(xué)吸附來(lái)限制和束縛硫在充放電過(guò)程的流失，循環(huán)性能有一定的提升，但與期望還是相差較大。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料制備方法，解決了現(xiàn)有鋰硫電池其正極硫材料在充電過(guò)程中會(huì)形成可溶性的硫化鋰中間態(tài)，導(dǎo)致其循環(huán)性能衰減嚴(yán)重的問(wèn)題。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種富單質(zhì)硫的鎳鈷硫化物與石墨烯的復(fù)合材料制備方法，具體包括以下步驟：

(1)利用Hummer法制備氧化石墨烯溶液，并將氧化石墨烯溶液濃度稀釋到0.5-5g/L，得到溶液A；

(2)將鎳鹽和鈷鹽或其水合物溶于水后得到鎳鈷鹽溶液B，其中鎳鈷鹽溶液B中鎳鈷原子比為0.25-4；

(3)將溶液A和溶液B混合后超聲攪拌1-60min，再加入活性劑攪拌1-60min，得到混合液C；其中，混合液C中氧化石墨烯與鎳鈷鹽質(zhì)量比為0.01-10，混合液C中活性劑的濃度為0.01-10g/L；

(4)在混合液C中加入尿素并攪拌1-60min得到混合液D，其中混合液D中尿素的濃度為0.01-50g/L；

(5)將混合液D轉(zhuǎn)移入反應(yīng)釜，在60-230℃的溫度下水熱、水浴或油浴反應(yīng)1-36h制備得到氧化石墨烯與鎳鈷氧化物的復(fù)合材料；

(6)將步驟(5)中制備得到的氧化石墨烯與鎳鈷的氧化物復(fù)合材料溶于水，再加入硫化鈉或硫代乙酰胺攪拌1-60min后移入反應(yīng)釜，在60-230℃的溫度下水熱、水浴或油浴反應(yīng)1-36h制備得到氧化石墨烯與鎳鈷硫化物的復(fù)合材料，其中氧化石墨烯與鎳鈷氧化物的復(fù)合材料與硫化鈉或硫代乙酰胺的質(zhì)量比為0.1-10；