[发明专利]石墨烯/活性炭微球作为正极材料的锂硫电池的制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯/活性炭微球作为正极材料的锂硫电池的制备方法，该方法制备中形成的石墨烯/活性炭微呈球形结构，比表面积大，分散性较好，能有效地改善了锂硫电池料的电化学性能；本发明的锂硫电池的制备方法，将超声分散、雾化热解、雾化干燥、炭化，使整个生产过程成为一个整体，有效控制石墨烯/活性炭微球的成型，保证材料的质量，本制备方法操作简单，成本较低，节能环保，制得的锂硫电池的容量保持率佳。

技术领域

本发明涉及电池制备领域，具体地涉及一种石墨烯/活性炭微球作为正极材料的锂硫电池。

背景技术

锂离子电池使用石墨材料作为负极，磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等含锂金属氧化物作为正极，利用锂离子在正负极之间的“摇椅效应”来贡献容量，目前现有的二次锂离子电池自身理论比容量将近300mAh/g，即便如此也难以达到人们所需的二次电池的要求，同时燃料电池在短时间内还较难实用化，因而具有1650mAh/g理论比容量的锂锍电池成为目前的最具吸引力的二次电池体系。

锂锍电池以单质硫作为正极，金属锂作为负极，其中单质硫的理论比能量就达到2600Wh/kg，且单质硫价格低廉、资源丰富，对环境友好，在一定程度上可以替代锂离子电池，但是锂锍电池的实际比容量远远小于理论比容量，因此限制了它大规模的运用。造成这个现象的主要原因是锂硫电池在充放电循环的过程中，聚硫化物易溶于电解液中，在循环终止时，并没有全部转化成最终产物，造成了有效物质的损失，同时由于聚硫化物的溶解造成的“飞梭效应”，使得锂锍电池的容量大幅度降低。因此发明出能改善锂锍电池“飞梭效应”的正极材料十分迫切。

由于单质硫作为正极材料的一系列不足，科研人员利用碳纤维与单质硫复合作为正极活性物质的研究最为普遍。碳纤维具有良好的导电性，其结构也能对多硫化物的迁移扩散起到抑制作用。近几年常用来作为科研对象的碳纤维有：乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、空心碳，多孔碳等，这些材料都在不同程度上改善和提高了锂硫电池的放电容量和循环效率。空心碳球、碳管具有更大内部空间，可以容纳多单质硫和电解液，将充放电反应抑制在内腔中，使得聚硫化物难以脱离碳壳，此外，由于单质硫被包覆在碳球中，材料颗粒之间直接接触，因此不需要额外地添加导电剂，从而增加了正极活性物质的含量。

经检索现有技术，利用碳纤维制备锂硫电池的放电容量和循环效率参差不齐，难以保证锂硫电池的高质量，现有的技术，研磨混合后，再高温热处理的分步骤制备方法较多。制备得到的活性炭材料形貌各异，很难保证一致性。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供石墨烯/活性炭微球作为正极材料的锂硫电池的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供的石墨烯/活性炭微球作为正极材料的锂硫电池，将石墨烯/活性炭微球材料与乙炔黑和PVDF按质量比80:10:10在NMP中混合均匀，涂覆在铝箔上制得正极极片，以金属锂片为负极在手套箱中装配成纽扣电池；其中，电解液为1 M LiTFSI/DOL-DME，其体积比为1:1，隔膜为celgard 2400微孔膜；

所述石墨烯/活性炭微球的制备方法，包括以下步骤：

S1.将蔗糖与碳纤维在去离子水溶液中混合，室温下搅拌4～6h后，利用电磁超声器进行超声分散，所述超声分散的功率为350～550W；所述超声分散的时间为0.5～1h，得到混合溶液；

S2.将步骤S1所述混合溶液，通过超声喷雾器雾化，所述雾化的流速为 350～380cc/min，将雾化后的混合溶液，通入预先通有惰性气体的真空管式炉内，进行恒温处理，升温至500～550℃，保温28～30h；恒温直至喷雾结束后，再持续1h，待反应炉冷却至室温后，收集管内沉积的产物；

S3.将步骤S2所述产物与氧化石墨烯水溶液混合均匀，得到复合水溶液；再加入氢氧化钾或氢氧化钠，调节溶液PH至10以上，不断搅拌得到氧化石墨烯包裹碳水化合物的分散液；