一种新型S/CF-75@rGO150复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型S/CF

【技术实现步骤摘要】
一种新型S/CF
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75@rGO150复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂硫电池领域，具体涉及一种新型S/CF
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复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]当今，电能的产生主要源于化石燃料的燃烧。然而，化石燃料的不可再生性导致其供应紧张。此外，化石燃料的燃烧还会产生环境污染的相关问题。因此，利用可再生资源发电是未来的能源应用的趋势，例如风能、潮汐能和太阳能。但是，可再生能源受到环境和季节等影响，会出现供能间歇问题。将可再生资源所产生的电能先高效的存储起来，再稳定释放出去是解决可再生资源供能间歇问题的一种途径，因此需要设计出具有高性能的储能器件。
[0003]锂离子电池（Lithium
‑
ion battery，LIB）是一种可充电电池，具有能量密度高和循环寿命长等优点，已经成功商业化生产。然而，随着新型电子产品的蓬勃发展，锂离子电池难以满足未来电子产品高能量密度的需求。因此，开发具有高能量密度的新一代可充电电池是未来电池发展的趋势。近几年，锂硫电池（Lithium
‑
sulfur battery，LSB）由于具有较高的理论能量密度（2600 Wh
.
kg
‑1）而受到越来越多的关注，此外，单质硫具有资源丰富、环境友好和理论比容量高（1675 mAh
.
g
‑1）等特点。因此，锂硫电池有希望替代锂离子电池。但是锂硫电池在充放电过程中主要存在以下缺点：第一，硫的绝缘性和硫放电产物的中间产物（Li2S和Li2S2）的导电性差；第二，充放电的中间产物（Li2S
n
, 3≤n≤8）会溶解到电解液中；第三，Li2S（放电产物）和S（充电产物）在转换之中的体积变化较大等。
[0004]因此，本专利技术通过大量研究，实现以生物质衍生碳为导电基底，制备具有还原氧化石墨烯覆盖层的高硫负载量的生物质复合电极材料，旨在提高锂硫电池正极材料的导电性和抑制充放电产物大量溶进电解质，进而提高锂硫电池的电化学性能。

技术实现思路

[0005]为了克服现有锂硫电池正极材料的不足，本专利技术的目的在于提供一种新型S/CF
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复合材料及其制备方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本专利技术的第一个方面提供了一种新型S/CF
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复合材料，其特征在于，包括如下组成：生物质碳纤维导电基底、负载至碳纤维的硫以及覆盖到材料表面的石墨烯层。
[0007]本专利技术的第二个方面提供了一种上述新型S/CF
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复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）生物质碳纤维导电基底的制备：将日常生活所用的卫生纸剪成碎片进行预氧化，在氮气保护下煅烧，用清洗剂清洗样品杂质，经真空干燥得到生物质碳纤维，即CF；（2）生物质碳纤维负载活性物质硫：将单质硫均匀涂在步骤（1）得到的CF表面，然后转移至表面皿中，油浴加热至硫全部融化进碳纤维中，得到具硫负载的硫/碳纤维复合材
料，即CF/S
‑
75；（3）具有石墨烯覆盖层的硫/碳纤维复合材料的制备：a.选用S/CF
‑
75复合材料作为对电极，石墨片作为工作电极，甘汞电极作为参比电极，含有0.01M Na2SO4的氧化石墨烯混合液作为电解液；b.选用恒电流法进行氧化石墨烯的电还原和电沉积，得到具有石墨烯覆盖的硫/碳纤维复合电极，即S/CF
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；进一步的，所述步骤（1）中预氧化温度为230~270℃，优选250℃；预氧化时间为1~2h，优选1h；进一步的，所述步骤（1）中的煅烧条件具体为：先300
o
C下煅烧1h，再以5
o
C min
‑1的升温速率至700
o
C，保持1h；进一步的，所述步骤（1）中的清洗剂由过量10%盐酸溶液和纯水组成；进一步的，所述步骤（2）中单质硫与碳纤维的质量比为3:1；进一步的，所述步骤（2）中加热温度为140~160℃，优选150℃；进一步的，所述步骤（3）中氧化石墨烯的浓度为0.1mg/mL；进一步的，所述步骤（3）中恒电流法的电流密度为2mA
.
cm
‑2，沉积时间为150s。
[0008]本专利技术中化合物的中文命名与结构式有冲突的，以结构式为准；结构式有明显错误的除外。
[0009]本专利技术制备得到具有高性能的锂硫电池正极材料，与其它方法相比，技术先进，节能低耗，且绿色无毒。在0.1A
.
g
‑1电流密度下，S/CF
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复合材料作为锂硫电池正极的比容量为1451.4mAh
.
g
‑1。此外，经过高电流密度5A
.
g
‑1循环1000次后，锂硫电池的容量能够维持在537.26mAh
.
g
‑1，锂硫电池正极材料的电化学性能得到有效提高。
附图说明
[0010]图1：CF的扫描电镜图；图2：S/CF
‑
75复合材料的扫描电镜图；图3：S/CF
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复合材料的扫描电镜图；图4：S/CF
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复合材料的区域放大电镜图；图5：CF负载硫后S/CF
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66、S/CF
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75和S/CF
‑
86复合材料充放电曲线；图6：CF负载硫后S/CF
‑
66、S/CF
‑
75和S/CF
‑
86复合材料循环性能测试；图7：石墨烯覆盖后S/CF
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和S/CFS
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300
复合材料的充放电曲线；图8：石墨烯覆盖后S/CF
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和S/CFS
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300
复合材料循环性能测试。
具体实施方式
[0011]以下结合实例说明本专利技术，但不限制本专利技术。在本领域内，技术人员对本专利技术所做的简单替换或改进均属于本专利技术所保护的技术方案内。
[0012]实施例1：（1）生物质碳纤维基底的制备a.将日常生活所用的卫生纸剪成碎片，放入到管式炉中；b.在空气中进行预氧化，温度为250
o
C，保持时间为1h；
c.在氮气保护下300
o
C下煅烧1h，再以5
o
C
.
min
‑1的升温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型S/CF
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复合材料，其特征在于，包括如下组成：生物质碳纤维导电基底、负载至碳纤维的硫以及覆盖到材料表面的石墨烯层。2.一种根据权利要求1所述的新型S/CF
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复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）生物质碳纤维导电基底的制备：将日常生活所用的卫生纸剪成碎片进行预氧化，在氮气保护下煅烧，用清洗剂清洗样品杂质，经真空干燥得到生物质碳纤维，即CF；（2）生物质碳纤维负载活性物质硫：将单质硫均匀涂在步骤（1）得到的CF表面，然后转移至表面皿中，油浴加热至硫全部融化进碳纤维中，得到具硫负载的硫/碳纤维复合材料，即CF/S
‑
75；（3）具有石墨烯覆盖层的硫/碳纤维复合材料的制备：a.选用S/CF
‑
75复合材料作为对电极，石墨片作为工作电极，甘汞电极作为参比电极，含有0.01M Na2SO4的氧化石墨烯混合液作为电解液；b.选用恒电流法进行氧化石墨烯的电还原和电沉积，得到具有石墨烯覆盖的硫/碳纤维复合电极，即S/CF
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。3.根据权利要求2所述的新型S/CF
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复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中预氧化温度为230~270℃，预氧化时间为1~2h。4.根据权利要求2所述的新型S/CF<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华夏，华英杰，王崇太，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：