[发明专利]一种石墨烯电池正极复合材料

说明书

本发明公开了一种石墨烯电池正极复合材料，以重量份计，是由以下组分制成的：石墨烯1份，石油焦0.08～0.1份，金刚砂0.05～0.07份，碳0.2～0.3份，多硫化锂0.5～0.8份。本发明的石墨烯电池正极复合材料具有较高的首次库伦效率。本发明将石墨烯分散后与石油焦混合以碳包覆，最后与多硫化锂复合，所得石墨烯电池正极复合材料具有高容量和高循环稳定性等特点。本发明制备方法涉及的石墨烯分散，采用先制成氧化石墨烯再还原的方法，增强分散性能，进而提高了所得复合材料的电学性能。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯电池正极复合材料。

背景技术

锂硫电池与市场上主流的磷酸铁锂电池相比有非常明显的优势，首先理论上锂硫电池的能量密度就远超绝大多数类型的动力电池，其次锂硫电池的生产成本较低，且使用后低毒，回收利用的能耗较小。

但是，锂硫电池最大的问题是循环利用次数比较低，稳定性差，这就极大增加了锂硫电池的使用成本。

石墨烯具有优异的机械、电学、热学和抗菌性能，电阻率比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。目前虽然有将石墨烯引入磷酸铁锂正极材料的相关报道，但是石墨烯与锂硫材料复合构成正极的电学性能并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合材料，具体涉及一种石墨烯电池正极复合材料。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯电池正极复合材料，以重量份计，是由以下组分制成的：石墨烯1份，石油焦0.08～0.1份，金刚砂0.05～0.07份，碳0.2～0.3份，多硫化锂0.5～0.8份。

优选的，金刚砂的粒径为2.5～3.5μm。

上述一种石墨烯电池正极复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）制备石墨烯分散液：天然石墨粉经氧化反应得到氧化石墨烯，然后还原得到配方量的石墨烯，经刻蚀、干燥后得到的石墨烯粉体分散于丙酮中得到石墨烯分散液；

（2）包覆碳：将石油焦粉碎成细粉，加入步骤（1）所得石墨烯分散液中，混合打浆后一并加入有机碳源水溶液中，搅拌3～4小时，再在110～120℃继续搅拌蒸发溶剂后，于800～1000℃高温热解5～8小时，即得碳包覆的石油焦-石墨烯复合材料；

（3）多硫化锂复合：将多硫化锂加入20～30倍重量的水中，搅匀，接着边搅拌边加入步骤（2）所得碳包覆的石油焦-石墨烯复合材料，然后加入金刚砂，混合打浆，离心，收集固体并将其置于管式炉中加热焙烧，最后随炉降至室温，即得。

优选的，步骤（1）的具体方法是：采用改进型Hummer法，用浓硫酸和高锰酸钾在冰水浴中将天然石墨粉氧化成氧化石墨，然后超声剥离成氧化石墨烯，得到均匀的氧化石墨烯胶体溶液，在70～90℃水浴中用还原剂将氧化石墨烯还原得到配方量的石墨烯；将还原所得产物进行刻蚀，刻蚀剂为质量浓度25～30%的氢氟酸水溶液，刻蚀时间为5～8小时，刻蚀完成后，将产物用水和乙醇交替洗涤3～5次，干燥得到石墨烯粉体。

优选的，步骤（1）中，石墨烯分散液中石墨烯的浓度为10～15g/L。

优选的，步骤（2）中细粉的粒度为400～600目。

优选的，步骤（2）中，有机碳源水溶液中有机碳源的质量百分数为3～15%，所述有机碳源选自葡萄糖或蔗糖中的任一种。

优选的，步骤（3）中管式炉加热程序为：在氦气气氛下以5～8℃/min的升温速率升温至300～400℃，保温3～4小时后，以10～13℃/min的升温速率升温至600～700℃后恒温焙烧10～12小时。

本发明的技术效果为：