一种锂硫电池光电正极及其制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池光电正极及其制备和应用，这种锂硫电池光电正极的制备方法包括以下步骤：将乙酸铵、乙酸镉溶液与氧化石墨烯混合，调节pH，再加入硫脲混合反应，制得rGO

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池光电正极及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及电化学储能领域，具体涉及一种锂硫电池光电正极及其制备和应用。

技术介绍

[0002]光电转换技术可实现太阳能到电能的转换，但由于太阳辐照的间歇性和不稳定性，太阳能光电转换技术不能满足连续供能需求。可充电储能设备作为目前有效的储能设备，是人们日常生活动力来源之一。随着技术不断发展，由光电转换技术与可充电储能装置进入科研人员视野。
[0003]锂硫电池以硫单质为正极，以金属锂为负极，其反应方程式为：8S+16Li
+
+16e
‑1＝8Li2S。由于发生多电子转移反应，因此，其具有很高的理论比容量，比容量高达1672mAhg
‑1。由于硫单质具备环境污染小、无毒、成本低、且原料来源广泛等特点，因此，锂硫电池受到越来越多的关注。
[0004]硫化镉因其合适的带隙和能带位置以及光响应能力，是众多金属硫化物中最理想的光催化剂。在光催化反应过程中，硫化镉光生载流子的分离效果较好，对可见光有较好的吸收，从而具有出色的光催化性能CdS因其方便易得且能带位置合适等优点，是常见的光催化剂之一。但由于硫化镉本身容易产生光腐蚀，电子空穴分离效率较低，光生载流子转移较慢等缺点一定程度上限制了它的光催化性能。
[0005]锂硫电池(LSBs)体系中，目前研究表明：锂硫电池循环性能差的根本原因正是电池放电过程中会产生中间产物
‑
多硫化物离子。因其会溶解到有机电解液中，增加电解液的粘度，降低离子电导率，进而导致活性物质流失。如何提高锂硫电池循环稳定性也是近年来关于传统锂硫电池研究的热点内容之一。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术设计一种锂硫电池光电正极构建光辅助锂硫电池，该锂硫电池光电正极具有优异的催化作用，在充放电过程中可以利用LSBs放电过程中产生的多硫化物提高CdS的光电稳定性的同时，以CdS光生电荷缓解或限制LSBs中产生多硫化物的副反应，减小“穿梭效应”，抑制多硫化物扩散，避免多硫化物在正极和负极之间穿梭。利用LSBs放电过程中产生的多硫化物提高CdS的光电稳定性的同时，以CdS光生电荷缓解或限制LSBs中产生多硫化物的副反应，减小“穿梭效应”，同时，光伏效应产生的光生电子空穴，在充放电过程中集成到电池的氧化还原过程中，从而提升电池容量。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种锂硫电池光电正极的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将乙酸铵、乙酸镉溶液与氧化石墨烯混合，调节pH，再加入硫脲混合反应，制得rGO
‑
CdS复合材料；
[0010](2)将硫粉与所述rGO
‑
CdS复合材料混合研磨得到融硫材料，再与粘结剂和导电碳混合，得到浆料，将浆料涂覆于泡沫镍上，真空干燥，得到所述的锂硫电池光电正极。
[0011]优选地，步骤(1)中，所述乙酸铵、乙酸镉溶液与氧化石墨烯混合后在70
‑
90℃条件下搅拌20
‑
40min。
[0012]优选地，步骤(1)中，所述调节pH的pH值为9.5
‑
10.5；在本专利技术的一些优选实施方式中，所述调节pH的pH值为10。
[0013]优选地，步骤(1)中，所述硫脲加入后的反应温度为70
‑
90℃；进一步优选地，所述硫脲加入后的反应温度为75
‑
85℃。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述硫脲加入后的反应时间为30
‑
50min；进一步优选地，所述硫脲加入后的反应时间为35
‑
45min。
[0015]优选地，步骤(2)中，所述硫粉与所述rGO
‑
CdS复合材料的质量比为(2
‑
3)：1；进一步优选地，所述硫粉与所述rGO
‑
CdS复合材料的质量比为(2
‑
2.5)：1；在本专利技术的一些优选实施方式中，所述硫粉与所述rGO
‑
CdS复合材料的质量比为7:3。
[0016]优选地，步骤(2)中，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0017]优选地，步骤(2)中，所述融硫材料、粘结剂和导电碳的质量比为(7
‑
9)：(0.5
‑
1.5)：1；进一步优选地，所述融硫材料、粘结剂和导电碳的质量比为(7.5
‑
8.5)：(0.8
‑
1.2)：1。
[0018]优选地，步骤(2)中，所述泡沫镍上所述浆料的负载量为1.2
‑
1.6mg/cm2；进一步优选地，所述泡沫镍上所述浆料的负载量为1.3
‑
1.5mg/cm2。
[0019]优选地，步骤(2)中，所述真空干燥的温度为40
‑
60℃。
[0020]本专利技术第二方面提供了一种锂硫电池光电正极，由所述的制备方法制备得到。
[0021]本专利技术第三方面提供了一种锂硫电池，包括所述的锂硫电池光电正极。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术提出在LSBs中引入还原氧化石墨烯沉积硫化镉纳米颗粒材料制备光电正极，结合“CdS类材料不耐光腐蚀现象”与“LSBs放电过程产生多硫化物而导致电池循环性能差”两者之间的矛盾交叉点，构成“劣势互补”。通过构建异质结构并结合界面工程降低光生电荷复合损耗，利用LSBs放电过程中产生的多硫化物提高CdS的光电稳定性的同时，以CdS光生电荷缓解或限制LSBs中产生多硫化物的副反应，减小“穿梭效应”，增加活性物质硫的利用率，从而提高PC
‑
LSBs储能体系的能量利用效率与稳定性。
[0024]泡沫镍作为集流体由于正极浆料填充泡沫镍孔隙中在接触部分留有空隙，这些空隙有利于电解液更好地渗入正极材料中使其能充分地与活性物质接触，从而提高了活性物质的利用率。活性物质利用率的提高，增大电池的放电容量。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1纯氧化石墨烯的扫描电镜图；
[0026]图2为本专利技术实施例1所得rGO
‑
CdS的扫描电镜图；
[0027]图3为纯氧化石墨、实施例1制备的rGO
‑
CdS的xrd图；
[0028]图4为本专利技术实施例1所得还原氧化石墨烯硫化镉纳米颗粒融70％硫粉材料的xrd图；
[0029]图5为在使用不同的可透光集流体涂覆活性物质后进行充放电测试性能对比；
[0030]图6为rGO
‑
CdS与rGO
‑
CdS
‑
S进行性能对比；
[0031]图7为光增益锂硫电池组装示意图；
[0032]图8为在充放电过程中加入光源电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池光电正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将乙酸铵、乙酸镉溶液与氧化石墨烯混合，调节pH，再加入硫脲混合反应，制得rGO
‑
CdS复合材料；(2)将硫粉与所述rGO
‑
CdS复合材料混合研磨得到融硫材料，再与粘结剂和导电碳混合，得到浆料，将浆料涂覆于泡沫镍上，真空干燥，得到所述的锂硫电池光电正极。2.根据权利要求1所述的锂硫电池光电正极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调节pH的pH值为9.5
‑
10.5。3.根据权利要求1所述的锂硫电池光电正极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硫脲加入后的反应温度为70
‑
90℃，反应时间为30
‑
50min。4.根据权利要求1所述的锂硫电池光电正极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硫粉与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思源，杨甜珍，李锡桂，张扬，高琼芝，蔡欣，张声森，方岳平，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：