一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：取二(2‑乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入去离子水中，获得微乳液先驱液；取片状氧化石墨烯粉末(GO)加入N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中，制得GO‑NMP溶液，然后将GO‑NMP溶液缓慢滴入微乳液先驱液中，即制得石墨烯微乳液；取单质硫颗粒，将球磨后的单质硫颗粒微波还原，加入有机溶剂，然后缓慢滴入微乳液先驱液，即制得硫‑微乳液；将硫‑微乳液缓慢滴入至石墨烯微乳液，采用超声持续搅拌，然后过滤获得颗粒状沉淀物，即制得包覆硫的石墨烯复合海绵材料。有益效果：三维多孔的石墨烯骨架有利于实现快速的反应动力学，包覆硫的石墨烯复合海绵可发挥出更高的活性物质利用率。

Preparation of graphene composite sponge as cathode material for Li-S battery

【技术实现步骤摘要】
一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法
本专利技术涉及锂电池电极制备领域，具体涉及一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法。
技术介绍
随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。新储能体系的锂离子电池应该具有电压高、容量大、无记忆效应和寿命长等优点，可广泛应用于移动电话、数码相机、笔记本电脑等数码产品和电动车、混合电动车等动力工具。锂硫电池(Li-S电池)是一种具有非常高的能量密度的可再充电的电池，其中将具有高电化学潜能的锂与硫结合(Li-S)以获得优异的可再充电的性能。在硫和锂原子分离或结合时，储存和释放出电池能量。因为硫提供比其他普通的正极材料更高的每克充电容量，所以与传统电池相比，Li-S电池具有更高的能量密度。电池由于其能量密度更高且成本更低廉所以可以接替锂离子电池。此外，与大多数正极材料相比，硫几乎无毒，使得此类电池对于人接触是比较安全的。因此，人们有极大的兴趣将Li-S电池用于各种应用。然而，差的电化学稳定性、循环稳定性和低的正极材料利用率长期以来是阻碍LiS电池快速发展的难题。中国专利申请CN1396202A公开了一种用于电化学电池的包含硫和聚合物的复合正极材料，其中该聚合物用作基体，电化学活性硫被引入其中。CN1396202A公开了可以将聚丙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氧乙烯、聚乙烯醇等用作Li-S电池中的聚合物前体。中国专利申请CN101577323A公开了一种用于Li-S电池的正极材料，其是通过如下方式制备的：将硫基复合材料、环糊精粘合剂和碳导电剂混合，将该混合物涂覆在铝箔集流体上，干燥及压制以获得正极。该硫基复合材料包含碳纳米管、硫和聚丙烯腈。虽然存在有所有这些现有技术，仍然需要具有更优的充放电性能且成本更低廉的正极材料。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，获得的正极材料具有较好的循环寿命和倍率性能，尤其在大电流密度充放电条件下仍然具有较优异的电化学性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：(1)微乳液先驱液的制备：称取0.1g～0.5g的二(2-乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入200ml～500ml的去离子水中，超声搅拌10min～30min，获得微乳液先驱液；(2)石墨烯微乳液的制备：称取1g～5g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入200ml～500ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌10min～30min，制得GO-NMP溶液，然后将100ml的GO-NMP溶液缓慢滴入100ml～200ml的微乳液先驱液中，超声搅拌1h～2h，即制得石墨烯微乳液；(3)硫-微乳液的制备：称取0.1g～1g单质硫颗粒，球磨0.5h～4h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原0.5h～2h，将经过还原的单质硫颗粒加入200ml～300ml有机溶剂，超声搅拌10min～30min，然后缓慢滴入100ml～200ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1h～2h，即制得硫-微乳液；(4)将50ml～100ml步骤(3)中制得硫-微乳液缓慢滴入至100ml～200ml步骤(2)中制得石墨烯微乳液，滴入过程中，采用超声持续搅拌，滴入结束继续搅拌0.5h～2h，然后过滤获得颗粒状沉淀物，将颗粒状沉淀物清洗2h～12h，然后将经过清洗的颗粒状沉淀物微波还原0.5h～2h，即制得包覆硫的石墨烯复合海绵材料。进一步，所述微波还原是在氢气还原气氛保护中，在功率为500-900W的微波下，以120℃～160℃的温度进行还原。进一步，步骤(2)中所述的片状氧化石墨烯粉末采用ModifiedHummersmethod法制得。进一步，步骤(4)中所述的清洗过程是采用超声清洗法，使用超声波清洗器和去离子水清洗。本专利技术具有以下有益效果：石墨烯一方面在正极材料表面形成导电网络，利于电子传输，特殊的网络结构有利于充放电循环过程中锂离子和电解质的传输，大大提高锂离子的传输速率；三维多孔的石墨烯骨架为其提供了高效的电子/Li+传输通道，有利于实现快速的反应动力学；与传统的正极材料相比，包覆硫的石墨烯复合海绵可发挥出更高的活性物质利用率，高倍率性能，以及有效缓解的Li负极腐蚀问题。具体实施方式以下对本专利技术的各个方面进行详述，如无具体说明，本专利技术的各种原料均可通过根据本领域的常规方法制备得到或市售得到。实施例1一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：(1)微乳液先驱液的制备：称取0.1g的二(2-乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入500ml的去离子水中，超声搅拌10min，获得微乳液先驱液；(2)石墨烯微乳液的制备：称取1g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入500ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌10min，制得GO-NMP溶液，然后将100ml的GO-NMP溶液缓慢滴入100ml的微乳液先驱液中，超声搅拌1h，即制得石墨烯微乳液；(3)硫-微乳液的制备：称取0.1g单质硫颗粒，球磨0.5h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原0.5h，将经过还原的单质硫颗粒加入300ml有机溶剂，超声搅拌10min，然后缓慢滴入100ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1h，即制得硫-微乳液；(4)将50ml步骤(3)中制得硫-微乳液缓慢滴入至200ml步骤(2)中制得石墨烯微乳液，滴入过程中，采用超声持续搅拌，滴入结束继续搅拌0.5h，然后过滤获得颗粒状沉淀物，将颗粒状沉淀物清洗2h，然后将经过清洗的颗粒状沉淀物微波还原0.5h，即制得包覆硫的石墨烯复合海绵材料。进一步，所述微波还原是在氢气还原气氛保护中，在功率为500W的微波下，以120℃的温度进行还原。进一步，步骤(2)中所述的片状氧化石墨烯粉末采用ModifiedHummersmethod法制得。进一步，步骤(4)中所述的清洗过程是采用超声清洗法，使用超声波清洗器和去离子水清洗。实施例2一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，包括以下步骤：(1)微乳液先驱液的制备：称取0.3g的二(2-乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入200ml的去离子水中，超声搅拌15min，获得微乳液先驱液；(2)石墨烯微乳液的制备：称取3g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入400ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌30min，制得GO-NMP溶液，然后将100ml的GO-NMP溶液缓慢滴入150ml的微乳液先驱液中，超声搅拌2h，即制得石墨烯微乳液；(3)硫-微乳液的制备：称取0.5g单质硫颗粒，球磨2h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原2h，将经过还原的单质硫颗粒加入200ml有机溶剂，超声搅拌10min，然后缓慢滴入100ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1.2h，即制得硫-微乳液；(4)将80ml步骤(3)中制得硫-微乳液缓慢滴入至150ml步骤(2)中制得石墨烯微乳液，滴入过程中，采用超声持续搅拌，滴入结束继续搅拌2h，然后过滤获得颗粒状沉淀物，将颗粒状沉淀物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)微乳液先驱液的制备：称取0.1g～0.5g的二(2‑乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入200ml～500ml的去离子水中，超声搅拌10min～30min，获得微乳液先驱液；(2)石墨烯微乳液的制备：称取1g～5g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入200ml～500ml的N‑甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌10min～30min，制得GO‑NMP溶液，然后将100ml的GO‑NMP溶液缓慢滴入100ml～200ml的微乳液先驱液中，超声搅拌1h～2h，即制得石墨烯微乳液；(3)硫‑微乳液的制备：称取0.1g～1g单质硫颗粒，球磨0.5h～4h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原0.5h～2h，将经过还原的单质硫颗粒加入200ml～300ml有机溶剂，超声搅拌10min～30min，然后缓慢滴入100ml～200ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1h～2h，即制得硫‑微乳液；(4)将50ml～100ml步骤(3)中制得硫‑微乳液缓慢滴入至100ml～200ml步骤(2)中制得石墨烯微乳液，滴入过程中，采用超声持续搅拌，滴入结束继续搅拌0.5h～2h，然后过滤获得颗粒状沉淀物，将颗粒状沉淀物清洗2h～12h，然后将经过清洗的颗粒状沉淀物微波还原0.5h～2h，即制得包覆硫的石墨烯复合海绵材料。...

【技术特征摘要】
1.一种Li–S电池正极材料的石墨烯复合海绵的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)微乳液先驱液的制备：称取0.1g～0.5g的二(2-乙基)己基磺化琥珀酸钠(AOT)粉末，加入200ml～500ml的去离子水中，超声搅拌10min～30min，获得微乳液先驱液；(2)石墨烯微乳液的制备：称取1g～5g片状氧化石墨烯粉末(GO)加入200ml～500ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超声搅拌10min～30min，制得GO-NMP溶液，然后将100ml的GO-NMP溶液缓慢滴入100ml～200ml的微乳液先驱液中，超声搅拌1h～2h，即制得石墨烯微乳液；(3)硫-微乳液的制备：称取0.1g～1g单质硫颗粒，球磨0.5h～4h，将球磨后的单质硫颗粒微波还原0.5h～2h，将经过还原的单质硫颗粒加入200ml～300ml有机溶剂，超声搅拌10min～30min，然后缓慢滴入100ml～200ml步骤(1)中制得微乳液先驱液，超声搅拌1h～2h，即制得硫-微...

【专利技术属性】
技术研发人员：车春玲，
申请(专利权)人：山东星火科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37