小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料、其制备的锂硫电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料、其制备的锂硫电池及制备方法，属于电池材料领域。本发明专利技术通过电解微晶石墨粉，制备小尺寸石墨烯；然后将小尺寸石墨烯或表面改性小尺寸石墨烯，如羧甲基纤维素钠、硫酸根、硅酸盐、金属离子、金属氧化物、非金属元素或高分子材料修饰的小尺寸石墨烯与硫质量比按2：（1‑9）复合，制备锂硫电池正极材料；然后采用金属锂作为负极制备出锂硫电池。本发明专利技术是真正意义上的石墨烯锂硫电池，其他锂硫电池中只将石墨烯作为添加剂使用，存在本质意义上的不同。本发明专利技术的锂硫电池正极材料比容量高、循环性能好、安全性高、导电率高且成本低廉，具有十分广阔的市场前景。

Cathode materials for small size graphene lithium sulfur batteries and their preparation of lithium sulfur batteries and preparation methods

The invention discloses a small size graphene lithium sulfur battery positive electrode material, the prepared lithium sulfur battery and the preparation method, which belong to the field of battery material. The present invention by electrolysis of microcrystalline graphite powder, preparation of small size graphene and graphene; the small size or small size of surface modification of graphene, such as sodium carboxymethyl cellulose, sulfate, silicate, metal ions, metal oxides, non small size graphene and sulfur modified metal elements or polymer materials than by the 2: (1 9) composite, preparation of cathode materials of lithium sulfur battery; then using lithium metal as anode prepared by lithium sulfur battery. The present invention is a real graphene lithium sulfur battery, and other lithium - sulfur batteries only use graphene as an additive, and there are different essential meanings in the battery. The lithium sulfur battery cathode material of the invention has high specific capacity, good cycle performance, high safety, high conductivity and low cost, and has wide market prospect.

【技术实现步骤摘要】
小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料、其制备的锂硫电池及制备方法
本专利技术涉及一种小尺寸石墨烯锂硫电池及其制备方法，具体涉及一种小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料、锂硫电池及其制备方法，属于电极材料领域。
技术介绍
随着电动汽车和移动电子设备的飞速发展，人们对锂离子电池能量密度的要求越来越高。近年来，全球经济快速发展对能用需求的不断增长以及环境污染的日益严重，发展具有高能量密度、长循环寿命、高安全性、绿色环保和低成本的二次电池在新能源领域具有重大意义。在锂硫电池体系中，以单质硫为正极，金属锂为负极，理论比能量高达2600Wh/kg，理论比容量为1675mAh/g，远大于现代商业化的锂离子电池。此外，单质硫价格低廉，环境友好，储量丰富，因此，锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是，目前锂硫电池尚存在一些问题，严重阻碍了锂硫电池的实际应用。其中最主要的问题是锂硫电池在充放电过程当中，硫的利用率低，容量衰减严重，导致这一问题的原因有多个方面，其中之一就是单质硫为绝缘体，活化难度大，极化严重。而且，在充放电循环中，产生大量的中间产物，即多硫化物。多硫化物会溶解在电解液中，造成了活性物质的减少，进而导致容量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）以微晶石墨粉为原料，采用电解法制备小尺寸石墨烯；（2）配制粘结剂溶液；（3）将小尺寸石墨烯或表面改性小尺寸石墨烯，与硫复合形成石墨烯/硫复合材料，即为小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）以微晶石墨粉为原料，采用电解法制备小尺寸石墨烯；（2）配制粘结剂溶液；（3）将小尺寸石墨烯或表面改性小尺寸石墨烯，与硫复合形成石墨烯/硫复合材料，即为小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）的具体工艺为：以硫酸为电解液，其质量浓度为1%-98%，将微晶石墨粉置于PP袋子中，以石墨板为正负电极板，采用正负阵列的形式，硫酸根离子进行插层，电解2h~720h后，进行球磨、洗涤，获得小尺寸石墨烯。3.根据权利要求1所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）的具体工艺为：将粘结剂加入溶剂中，将其搅拌1h~60h，形成均匀的溶液；所述粘结剂为PVDF、PEO、PVDF-HFP、LA、PVA、PTFE中的一种或两种以上的混合物；所述溶剂为NMP、水、乙醇、异丙醇、DME中的一种或两种以上的混合物。4.根据权利要求1所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的表面改性小尺寸石墨烯，是指羧甲基纤维素钠、硫酸根、硅酸盐、金属离子、金属氧化物、非金属元素或高分子材料修饰的小尺寸石墨烯。5.根据权利要求1所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）的具体工艺为：将小尺寸石墨烯粉末与硫按质量比为2：（1-9）混合，通过机械法将小尺寸石墨烯粉末与硫组成的混合物混合均匀，且将硫嵌入到小尺寸石墨烯中；复合后的材料直接与导电剂、粘结剂涂布在正极箔材上，或再通过热处理工艺，以增加小尺寸石墨烯与硫的结合力。6.根据权利要求5所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述机械法包括球磨、超声波、溶液搅拌中的一种或两种以上；球磨球是不锈钢球、玛瑙球、氧化锆球、氧化铝球或碳化硅球中的一种；球的粒径为3-15mm；球磨罐的材质是不锈钢、玛瑙或氧化锆；球料的质量比为15-150:1；球磨转速为：50-580rpm；气体是空气、氮气、氩气或氦气中的一种或两种以上；球磨时间为0.5-72h。7.根据权利要求5所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述热处理的具体工艺为：将小尺寸石墨烯与硫的复合材料在密闭环境下置于管式炉中，通入惰性气体，先在155-165℃之间保温8-24h，再升温至300摄氏度保温0.5-6h，之后冷却至室温；管式炉中惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的一种以上。8.根据权利要求1所述的小尺寸石墨烯锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所使用的石墨烯/硫复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊中，张燕，王俊英，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西,14