一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法技术

本申请公开了一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，涉及石墨烯技术领域，包括如下步骤：步骤1、复合胚料制备：采用金属铜催化剂制备少层石墨烯，并获得铜/石墨烯复合材料；步骤2、复合胚料处理；步骤3、材料研磨混合：将氢氧化铜/石墨烯粉末材料置入研钵中，再向研钵中添加单质硫，并在研磨2

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法


[0001]本申请涉及石墨烯
，特别涉及一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]锂硫电池具有极高的理论比容量和理论能量密度，其正极活性物质硫具有无毒性、成本低廉、材料来源广泛等优势，是极具开发前景的新型电池。但是由于单质硫的绝缘性、循环过程中硫的体积膨胀以及中间产物多硫化物的溶解及穿梭效应等问题，导致锂硫电池始终存在活性物质利用率和能量密度低、循环寿命短等问题，限制着锂硫电池在实际中的生产应用。
[0003]石墨烯具有极高的电导率，同时具有机械强度高、比表面积大等优点。通过石墨烯和硫单质的复合，既可以弥补硫颗粒导电性差的问题，又可以充当硫单质的载体，同时还能够抑制多硫化物的溶解。因此石墨烯在复合硫正极材料中得到了广泛的应用。
[0004]金属氢氧化物是由金属阳离子和氢氧根阴离子组成的，由于阴离子的存在，金属氢氧化物表面存在大量极性位点，可以有效吸收多硫化物，促进电池充放电过程中的电化学转化。
[0005]但是，目前用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料中由于多硫化物的溶解转化和穿梭效应较强，进而将影响到锂硫电池的电化学性能，有待改进。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，以在显著提升产品均一性时实现有效提升电化学性能和降低衰减率目的。其具体方案如下：
[0007]一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、复合胚料制备：采用金属铜催化剂制备少层石墨烯，并获得铜/石墨烯复合材料；
[0009]步骤2、复合胚料处理：将铜/石墨烯复合材料置入反应釜中，并向反应釜内加入酸溶液，经搅拌溶解后再逐滴添加氨水溶液和保持持续搅拌，直至不再产生蓝色絮状物后停止添加氨水溶液和搅拌，并依次采用去离子水洗涤和冷冻干燥后获得氢氧化铜/石墨烯粉末材料；
[0010]步骤3、材料研磨混合：将氢氧化铜/石墨烯粉末材料置入研钵中，再向研钵中添加单质硫，并在研磨2
‑
4h后获得混合物；
[0011]步骤4、材料复合处理：将混合物置入充满惰性气体的管式炉中，并将管式炉内的炉温提升至130
‑
180℃后保持10
‑
20h，再依次经降温冷却和研磨后获得硫/氢氧化铜/石墨烯复合材料。
[0012]优选地：在步骤1中，所述金属铜催化剂制备少层石墨烯的制备方法包括S1、准备
反应釜：将加热并处于保护气氛下的反应釜中的铜液温度控制在1200
‑
1600℃；S2、催化反应：向铜液内通入由氢气、氮气和烃类气体组成的混合气体，并获得通过铜液的反应气体；S3、复合材料收集：采用反应器将反应气体内的材料收集，即获得铜/石墨烯复合材料。
[0013]优选地：所述混合气体中的烃类气体与氢气和氮气的气流量比为200
‑
4000:9800
‑
96000sccm，且氢气与氮气的气流量比为任意比。
[0014]优选地：所述铜/石墨烯复合材料由片层间均匀布有纳米铜颗粒的石墨烯组成，且铜的质量百分比为5
‑
15％。
[0015]优选地：在S1中，所述保护气氛为氮气、氩气、氦气气氛中的任一种。
[0016]优选地：在步骤2中，所述酸溶液为硝酸、浓硫酸、盐酸中的任一种或由稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸中的任一种与双氧水以任意摩尔比混合。
[0017]优选地：在步骤2中，所述氨水溶液的浓度为5
‑
8％。
[0018]优选地：在步骤2中，所述冷冻干燥的温度为
‑
40
‑‑
5℃，且冷冻干燥的时间为24
‑
48h。
[0019]优选地：在步骤3中，所述单质硫与氢氧化铜/石墨烯粉末材料按质量比为1
‑
5:1。
[0020]优选地：在步骤4中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任一种。
[0021]通过以上方案可知，本申请提供了一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，该用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料具有如下有益效果：
[0022]1、通过在少层石墨烯利用金属铜催化剂的制备过程从而直接获得铜/石墨烯复合材料，显著降低该用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法的难度；
[0023]2、通过金属铜催化剂制备少层石墨烯的制备方法制备铜/石墨烯复合材料，使得制备获得的铜/石墨烯复合材料中铜在石墨烯中分布均匀，进而具有产品均一性高的效果；
[0024]3、通过将制备的氢氧化铜/石墨烯粉末材料作为硫的载体，从而在抑制多硫化物的溶解转化和穿梭效应的同时，结合少层石墨烯的优异导电性，进而显著提高锂硫电池的电化学性能；
[0025]4、通过该用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法制备获得的硫/氢氧化铜/石墨烯复合材料具有显著降低单圈衰减率的效果，以达到在显著提升产品均一性目的的同时实现有效提升电化学性能和降低衰减率目的。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法的流程示意图；
[0028]图2为实施例一中的铜/石墨烯复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0030]请参考图1，以下将针对本申请的用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法具体说明。
[0031]一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0032]步骤1、复合胚料制备：采用金属铜催化剂制备少层石墨烯，并获得铜/石墨烯复合材料；
[0033]步骤2、复合胚料处理：将铜/石墨烯复合材料置入反应釜中，并向反应釜内加入酸溶液，酸溶液为硝酸、浓硫酸、盐酸中的任一种或由稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸中的任一种与双氧水以任意摩尔比混合，再经搅拌溶解后再逐滴添加浓度为5
‑
8％的氨水溶液和保持持续搅拌，直至不再产生蓝色絮状物后停止添加氨水溶液和搅拌，并依次采用去离子水洗涤和冷冻干燥后获得氢氧化铜/石墨烯粉末材料，且冷冻干燥的温度为
‑
40
‑‑
5℃，时间为24
‑
48h；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、复合胚料制备：采用金属铜催化剂制备少层石墨烯，并获得铜/石墨烯复合材料；步骤2、复合胚料处理：将铜/石墨烯复合材料置入反应釜中，并向反应釜内加入酸溶液，经搅拌溶解后再逐滴添加氨水溶液和保持持续搅拌，直至不再产生蓝色絮状物后停止添加氨水溶液和搅拌，并依次采用去离子水洗涤和冷冻干燥后获得氢氧化铜/石墨烯粉末材料；步骤3、材料研磨混合：将氢氧化铜/石墨烯粉末材料置入研钵中，再向研钵中添加单质硫，并在研磨2
‑
4h后获得混合物；步骤4、材料复合处理：将混合物置入充满惰性气体的管式炉中，并将管式炉内的炉温提升至130
‑
180℃后保持10
‑
20h，再依次经降温冷却和研磨后获得硫/氢氧化铜/石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤1中，所述金属铜催化剂制备少层石墨烯的制备方法包括S1、准备反应釜：将加热并处于保护气氛下的反应釜中的铜液温度控制在1200
‑
1600℃；S2、催化反应：向铜液内通入由氢气、氮气和烃类气体组成的混合气体，并获得通过铜液的反应气体；S3、复合材料收集：采用反应器将反应气体内的材料收集，即获得铜/石墨烯复合材料。3.根据权利要求2所述的一种用于锂硫电池正极的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述混合气体中的烃类气体与氢气和氮气的气流量比为200
‑
4000...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞齐军，钱俊，董晶晶，黄永钢，潘文彦，冯玉峰，喻军，
申请(专利权)人：东华工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：