一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法。首先结合水热与表面包覆方法，获得聚多巴胺/氧化铁核壳结构；加入氧化石墨烯，采用抗坏血酸还原组装三维自支撑石墨烯/聚多巴胺/氧化铁凝胶，进而通过冰模板技术调控其内部孔道结构；经高温煅烧、盐酸刻蚀，制得石墨烯/碳中空球/少量四氧化三铁框架；结合抽真空技术与快速沉淀法，将单质硫附着于石墨烯/碳中空球内，即得目标复合正极材料。本发明专利技术成本低廉，制备工艺可控性强，采用水作溶剂对环境友好。该复合正极材料硫负载量高达87%，面密度≥9毫克/平方厘米，其中物理限域的石墨烯/碳中空球三维框架及四氧化三铁作为多硫化锂的捕获中心，可有效抑制多硫化锂的流失，显著提高硫电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法
本专利技术属于材料
，涉及一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法。具体为结合水热与表面包覆方法，获得聚多巴胺/氧化铁核壳结构；接着加入氧化石墨烯，采用抗坏血酸还原组装形成三维自支撑石墨烯/聚多巴胺/氧化铁凝胶，进而通过冰模板技术调控其内部孔道结构；然后经高温煅烧、盐酸刻蚀，制得石墨烯/碳中空球/少量四氧化三铁框架；最后巧妙结合抽真空技术与快速沉淀法，将单质硫附着于上述框架（尤其是碳中空球）内，即得目标复合正极材料。该复合材料拥有优异的电化学性能，可应用于锂硫电池等储能器件，且其商业化前景广阔。
技术介绍
锂硫电池拥有高理论比容量（1672毫安时/克）和能量密度（2600瓦时/千克），且硫单质资源丰富、价格低廉、环境友好，这使得其被认为最具前景的下一代储能器件。然而，硫单质电导率极低，室温下仅为5×10-30西门子/厘米；且放电过程易产生溶于电解液的多硫化锂引起“穿梭效应”；另外，在循环过程中硫颗粒会出现大的体积变化，导致其粉化与脱落。上述问题造成锂硫电池综合性能（比容量、循环寿命与倍率性能）的下降，严重影响其实际应用。为克本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）配制0.01‑1摩尔/升的三价铁离子盐溶液，将其转移至反应釜中，在120‑200℃下水热反应2‑24小时，经洗涤干燥后，得到纳米氧化铁微球；然后将纳米氧化铁微球分散于PH=8.5Tris‑buffer缓冲液中，超声分散5分钟，再加入盐酸多巴胺，在室温下磁力搅拌24小时，洗涤至中性，获得聚多巴胺/氧化铁核壳结构；其中：氧化铁与盐酸多巴胺的质量比为1:(0.1‑1)；（2）取步骤（1）的聚多巴胺/氧化铁，经超声分散于去离子水中；接着在其中加入氧化石墨烯，经振荡、超声后，再滴加抗坏血酸还原剂，在50‑100℃水浴中静置...

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池用自支撑高硫负载正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）配制0.01-1摩尔/升的三价铁离子盐溶液，将其转移至反应釜中，在120-200℃下水热反应2-24小时，经洗涤干燥后，得到纳米氧化铁微球；然后将纳米氧化铁微球分散于PH=8.5Tris-buffer缓冲液中，超声分散5分钟，再加入盐酸多巴胺，在室温下磁力搅拌24小时，洗涤至中性，获得聚多巴胺/氧化铁核壳结构；其中：氧化铁与盐酸多巴胺的质量比为1:(0.1-1)；（2）取步骤（1）的聚多巴胺/氧化铁，经超声分散于去离子水中；接着在其中加入氧化石墨烯，经振荡、超声后，再滴加抗坏血酸还原剂，在50-100℃水浴中静置反应0.2-2小时，形成三维自支撑石墨烯/聚多巴胺/氧化铁凝胶；然后将三维自支撑石墨烯/聚多巴胺/氧化铁凝胶置于液氮中，利用冰晶生长调控其内部孔道结构；其中：氧化石墨烯与聚多巴胺/氧化铁的质量比为1:(1-10)；氧化石墨烯与抗坏血酸的质量比为1:(0.5-5)；（3）将步骤（2）得到的三维自支撑石墨烯/聚多巴胺/氧化铁凝胶冷冻干燥后，在N2气氛下，400-1000℃下煅烧1-10小时，控制升温速率为1-10oC/分钟，获得石墨烯/碳/四氧化三铁气凝胶；然后将其浸泡于4摩尔/升盐酸溶液中，调控刻蚀时间，保留少量四氧化三铁，获得石墨烯/碳中空球/少量四氧化三铁框架；（4）将步骤（3）得到的石墨烯/碳中空球/少量四氧化三铁框架浸泡于50毫升，0.05-1摩尔/升硫代硫酸钠溶液中，然后置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢红斌，孙敏强，杨重阳，赵则栋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31