一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用，它属于锂硫电池材料的制备方法领域。本发明专利技术普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。本发明专利技术首次放电容量高达850mAh/g；在0.5C倍率下其容量能够保持为900mAh/g，具有优良的倍率性能。
Preparation and application of graphene / sulfur / Prussian blue analogues composite
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用
本专利技术属于锂硫电池材料的制备方法领域；具体涉及一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用。
技术介绍
由于对全球能源供应有限、环境和气候变化的担忧加剧，对清洁高效能源储存设备的需求一直在稳步增长。电池是其中最突出的清洁高效能源。目前，先进的锂硫电池是便携式电子设备和电动汽车发展的首选技术。然而，现有的可充电锂硫电池系统无法满足高容量存储领域日益增长的需求。因此，锂硫电池的功率密度和能量密度需要显著提高。目前，正极材料的比容量较低是制约电池能量密度的因素之一。所以开发高容量、环境友好和具有丰富自然资源的正极材料至关重要。锂硫电池作为可充电电池的一个重要类别，由于其成本低、环保、理论能量密度和理论比容量远高于其他正极材料而受到广泛关注。但由于硫的导电性低，循环过程中体积波动大，单质硫容易和锂进行氧化还原反应生成的中间产物多硫化物溶解在电解液中，即臭名昭著的“穿梭效应”，导致循环稳定性差，库仑效率低，容量迅速衰减。而且，这些问题只能得到缓解，不能消除。因此，有必要设计新的含硫化合物作为锂硫电池正极材料。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种工艺方法简单，性能较高的一种硫/石墨烯/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法及其应用。本专利技术通过以下技术方案实现：一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、制备普鲁士蓝类似物：称量一定质量的十水合亚铁氰化钠、聚乙烯吡咯烷酮，加入到一定体积的盐酸溶液中，搅拌均匀后，在搅拌的条件下，滴加一定体积的氯化钴溶液，滴加完毕后继续搅拌一定时间，然后放入烘箱中，80～90℃恒温反应10～12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤、真空干燥后，得到普鲁士蓝类似物，待用；步骤2、制备硫/普鲁士蓝类似物复合材料：按照一定质量比称量步骤1制得的普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，待用；步骤3、制备石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料：将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的步骤2制得的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤1中十水合亚铁氰化钠的质量为1～1.2mmol，聚乙烯吡咯烷酮的质量为14～20g，盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，盐酸溶液的体积为100～150ml，氯化钴溶液的浓度为0.05～0.06mol/L，氯化钴溶液的体积为100～150ml，滴加完毕后继续搅拌1～2h。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤1中烘箱80℃恒温反应12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤3次、80℃真空干燥12h，得到普鲁士蓝类似物，所述的普鲁士蓝类似物为Na2Co[Fe(CN)6]。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤2中所述的普鲁士蓝类似物、硫粉的质量比为2.4～2.5:1，所述的二硫化碳溶液的密度为1.26g/cm3，所述的硫粉与所述的二硫化碳溶液与的料液比为1g：50～100ml，搅拌时间1～2h。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤2中蒸干二硫化碳溶液的温度为40～50℃，得到的产物用蒸馏水离心洗涤3次、80℃真空干燥12h，得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤3中石墨烯水悬浮液的浓度为10.0mg/ml，稀释后石墨烯水悬浮液的浓度为1.0mg/ml，超声分散时间4～5h，所述的步骤2制得的硫/普鲁士蓝类似物复合材料、水合肼、和稀释后石墨烯水悬浮液的料液比为0.1～0.5g：1～5ml：100～150ml，所述的水合肼的浓度为30wt％，搅拌时间4～8h。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，步骤3中得到的产物用蒸馏水洗涤3次，真空冷冻干燥条件为真空度50Pa，温度为-50℃，时间为24h。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法制备的所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料，用于锂硫电池正极材料。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，所用材料中普鲁士蓝类似物由于其三维开放结构，作为一种新型的硫存储正极受到了人们的广泛关注。氧化石墨烯是近年来迅速兴起的一种新材料，作为碳元素的一种新的同素异形体，具有特殊的层状结构，它不仅具有良好的机械性能，也有独特的电化学性能，具有优异的电子传导性，同时对锂离子也具有良好的传导性能，将其应用于锂硫电池电极材料中有望实现电子和锂离子的快速传导以及抑制多硫化合物穿梭效应的作用，从而实现锂硫电池性能的高性能化。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，提供了一种以普鲁士蓝类似物氰酸铁钴钠(Na2Co[Fe(CN)6)为宿主，合成石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料(简称：S@Na2Co[Fe(CN)6]@rGO)作为高性能锂电池的策略。在充放电过程中，Na2CoFe(CN)6的大骨架结构能够容纳活性物质硫的体积膨胀，为锂离子的释放和插入提供了更大的传输通道。与石墨烯(rGO，Reducedgrapheneoxide)结合后，所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料具有显著的循环性能。普鲁士蓝类似物氰酸铁钴钠(Na2Co[Fe(CN)6)能有效地减缓单质硫和多硫化物在电解质中的溶解。此外，rGO涂层提高了材料的导电性。所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的电化学性能明显提高。本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法的电学性能测试，结果表明，所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料在1C倍率下，首次放电容量高达850mAh/g；在0.5C倍率下其容量能够保持为900mAh/g，在2C倍率下其容量能够保持为450mAh/g以上；本专利技术所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料作为锂硫电池正极复合材料具有优良的倍率性能。附图说明图1为具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的流程图；图2为具具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的45000倍的SEM照片；图3为具具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的130000倍的SEM照片；图4为具具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的60000倍的透射电镜照片；图5为具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的100000倍的透射电镜照片；图6为具体实施方式一方法制备的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1、制备普鲁士蓝类似物：称量一定质量的十水合亚铁氰化钠、聚乙烯吡咯烷酮，加入到一定体积的盐酸溶液中，搅拌均匀后，在搅拌的条件下，滴加一定体积的氯化钴溶液，滴加完毕后继续搅拌一定时间，然后放入烘箱中，80～90℃恒温反应10～12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤、真空干燥后，得到普鲁士蓝类似物，待用；/n步骤2、制备硫/普鲁士蓝类似物复合材料：按照一定质量比称量步骤1制得的普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，待用；/n步骤3、制备石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料：将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的步骤2制得的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、制备普鲁士蓝类似物：称量一定质量的十水合亚铁氰化钠、聚乙烯吡咯烷酮，加入到一定体积的盐酸溶液中，搅拌均匀后，在搅拌的条件下，滴加一定体积的氯化钴溶液，滴加完毕后继续搅拌一定时间，然后放入烘箱中，80～90℃恒温反应10～12h，反应后过滤，得到的沉淀物用蒸馏水离心洗涤、真空干燥后，得到普鲁士蓝类似物，待用；
步骤2、制备硫/普鲁士蓝类似物复合材料：按照一定质量比称量步骤1制得的普鲁士蓝类似物、硫粉，加入到一定体积的二硫化碳溶液中，搅拌均匀后，在一定温度下蒸干二硫化碳溶液，得到的产物用蒸馏水离心洗涤、干燥后得到硫/普鲁士蓝类似物复合材料，待用；
步骤3、制备石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料：将一定浓度的石墨烯水悬浮液稀释后，超声分散一定时间，加入一定质量的步骤2制得的硫/普鲁士蓝类似物复合材料，再加入一定体积的水合肼，搅拌一定时间后，得到的产物用蒸馏水洗涤，真空冷冻干燥后，得的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中十水合亚铁氰化钠的质量为1～1.2mmol，聚乙烯吡咯烷酮的质量为14～20g，盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，盐酸溶液的体积为100～150ml，氯化钴溶液的浓度为0.05～0.06mol/L，氯化钴溶液的体积为100～150ml，滴加完毕后继续搅拌1～2h。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/硫/普鲁士蓝类似物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中烘箱80℃恒温反应12h，反应后过滤，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明华，刘晓雪，梁心琪，陈庆国，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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