[发明专利]还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精@硫复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种还原氧化石墨烯@聚‑β‑环糊精@硫复合材料、制备方法及其应用，将聚‑β‑环糊精负载到氧化石墨烯上形成氧化石墨烯@聚‑β‑环糊精复合材料，在碱性环境中，油浴条件下，水合肼还原得还原氧化石墨烯@聚‑β‑环糊精复合材料；调节pH值至中性，以硫代硫酸钠为硫源，将盐酸逐滴加入到反应溶液中，反应一段时间后离心洗涤，冷冻干燥得所述的复合材料。本发明制备的聚‑β‑环糊精具有独特的性能，使其吸附在多硫化物时能有效的阻止多硫化物流向电解液，因此可以达到提高电池的库伦效率与循环稳定性的效果。

技术领域

本发明属于化学电池材料制备领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精@硫复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭及其燃烧所带来的日益严重的环境问题，迫切需要寻找新型能源，同时手机、笔记本电脑、数码相机等便携式设备和电动汽车的快速发展，可多次充放电的二次电池得到了广泛应用。其中，出现于20世纪90年代的锂离子二次电池是目前世界上公认的新一代化学电源，已成功商品化并在便携式设备领域中飞速发展。但在电动汽车、航空航天和国防装备等领域，目前商品化锂离子二次电池受限于能量密度，已远不能满足技术发展的需求。因此，需要急切研究开发具有更高能量密度、更长循环寿命、低成本和环境友好等特征的新型化学电源。

其中以金属锂为负极，单质硫为正极材料的锂硫二次电池（简称锂硫电池），其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mAh·g^-1和2600Wh/kg，目前锂硫电池的实际能量密度已达到390Wh/kg，远高于其他LiFeO₄、LiMn₂O₄等商业化的电极材料。

锂硫电池在放电过程中，单质硫被还原为S^-2的过程中会有多个中间态生成，其中Li₂Sn (4≤n≤8)易溶于有机电解液，从正极向负极扩散，随着放电的进行，最终在负极生成Li₂S沉积下来，而Li₂S不溶于有机电解液，造成锂硫电池循环性差、库仑效率低、自放电率高等问题，延缓了其实用化的步伐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备成本低廉、设备要求简单、导电性较好、循环稳定性较好的锂硫电池正极材料——还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精@硫复合材料（rGO@β-CDP@S）。

实现本发明目的的技术方案是：一种还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精@硫复合材料，所述复合材料是通过将聚-β-环糊精负载到氧化石墨烯上，再还原氧化石墨烯形成还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精(rGO@β-CDP)复合材料，最后负载硫后得到所述的rGO@β-CDP@S复合材料。

其中，以质量比计，氧化石墨烯：聚-β-环糊精＝4：1。

硫的理论负载量为85%。

上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将聚-β-环糊精负载到氧化石墨烯上形成GO@β-CDP复合材料，在碱性环境中，油浴条件下，水合肼还原得rGO@β-CDP复合材料；调节pH值至中性，以硫代硫酸钠为硫源，将盐酸逐滴加入到反应溶液中，反应一段时间后离心洗涤，冷冻干燥得所述的rGO@β-CDP@S复合材料。

进一步的，水合肼与盐酸、硫代硫酸钠的比为2mg:36.5mg:3000mg。

进一步的，碱性环境中的pH值为8-9。

进一步的，油浴条件是在95℃下反应12小时。

上述还原氧化石墨烯@聚-β-环糊精@硫复合材料作为锂硫电池正极材料的应用。