[发明专利]石墨烯基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基复合材料的制备方法，尤其涉及一种用于锂硫电池正极材料中的石墨烯基复合材料的制备方法。

背景技术

当今社会，能源短缺和环境污染是人类面临的两大挑战。

一方面，从2004年被发现至今，石墨烯因其独特的结构和物化性质受到人们的广泛关注。完美的石墨烯是由六元环按照蜂窝状结构组成的单原子厚度的二维晶体，被认为是构建其他碳质材料的基本结构单元。石墨烯具有很强的化学稳定性；其强度是已知测试材料中最高的，是钢的100多倍；具有大的比表面积，是真正的表面性固体；具有极好的导电性和导热性，具有特殊的电学性质，如量子霍尔效应等等。这些特性使人们积极研究石墨烯使其走向实际应用，其中，石墨烯基复合材料是石墨烯走向实际应用的重要途径之一。

另一方面，锂硫电池是近年来倍受关注的高能量二次绿色化学电源。但是锂硫电池还存在一些问题，阻碍了其商业化的进程。单质硫的离子导电性和电子导电性都很低，若室温下，正极为100%硫的锂硫电池无法充放电；其次，在充放电过程中，产生的多硫化锂易溶于有机电解液，使正极的活性物质逐渐减少，且存在“飞梭反应”，溶解的多硫化锂会穿过隔膜到达电池的负极锂片上，并与之反应，造成内部自放电、电池负极的腐蚀和电池内阻的增加，导致电池的循环性能变差，容量逐步衰减。

对于硫正极材料的改性，主要包括硫与导电材料的复合、纳米金属氧化物对硫单质的包覆等，以达到提高硫正极的电导率、抑制多硫化物溶解的目的。由于硫的熔点较低，易升华，所以复合硫正极材料的制备多采用加热熔融或升华法。但是此类方法需在高温下合成，不同批次合成出的材料性能有差异，且不易进行产业化生产。

再一方面，硫化氢是大气的主要污染物之一﹐不仅危害人体健康﹐还会严重腐蚀设备等。因此，硫化氢的无害化治理和有效利用一直是亟待解决的课题之一。硫化氢的治理开始较早，1809年英国克莱格使用石灰乳净化器脱硫﹐1849年英国兰宁和希尔斯获得干式氧化铁法专利﹐1870年美国发展了氧化铁制备方法﹐这种干式氧化铁法在脱硫领域沿用100年之久。20世纪30～40年代出现溶液法﹐将氢氧化铁悬浮在碱液中进行脱硫。50年代起﹐西欧普遍采用氨水法。60年代出现砷碱法﹐用砷化物作催化剂。因砷化物有剧毒﹐逐渐为无毒催化剂所取代。如对苯二酚法﹑A.D.A.法﹑富玛克斯法﹑达克哈克斯法等都使用无毒催化剂。这些方法都是近年发展较快的技术。另一方面溶液法的吸收废液处理技术也不断发展﹐形成了不同的脱硫工艺。

然而，现有的这些技术仅仅实现了脱硫的目的，而并未真正实现硫的有效再利用，从而造成了资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种制备石墨烯基复合材料的方法，利用该方法能同时脱除并有效利用硫化氢气体。

一种石墨烯基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一氧化石墨烯分散液；通入硫化氢气体，将所述氧化石墨烯还原为石墨烯，并得到一负载硫的石墨烯分散液；以及干燥所述负载硫的石墨烯分散液，获得一粉体材料。

进一步地，所述硫化氢和氧化石墨烯的反应温度在5℃-260℃之间。

进一步地，所述干燥的方式为冷冻干燥，其干燥温度在0℃-零下196℃之间。

一种石墨烯基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一氧化石墨烯分散液；通入硫化氢气体，将所述氧化石墨烯还原为石墨烯，并得到一负载硫的石墨烯分散液；将所述负载硫的石墨烯分散液过滤，以获得一薄膜材料；以及干燥该薄膜材料。

与现有技术相比，本发明所提供的石墨烯基复合材料的制备方法，其制备温度较低，方法简单，易于实现产业化生产；另外，该制备方法同时能解决硫化氢气体的脱除和硫的有效再利用问题。利用本发明方法制备获得的石墨烯基复合材料，具有良好的导电性和稳定性，特别适合用作锂硫电池中的正极材料。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的粉状石墨烯基复合材料的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例二提供的膜状石墨烯基复合材料的制备方法的流程图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的石墨烯基复合材料的制备方法作进一步的详细说明。

实施例一

请参阅图1，本发明实施例一提供一种粉状石墨烯基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1：提供一氧化石墨烯分散液；