[发明专利]一种硫碳复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫碳复合正极材料及其制备方法，所述制备方法包括：将石墨烯与酸混合，搅拌处理后静置，过滤、干燥得到官能团化石墨烯；将官能团化石墨烯与高分子聚合物单体加入乙醇水溶液中，搅拌后加入链引发剂进行反应，反应结束后过滤、干燥得到聚合物包覆石墨烯；将聚合物包覆石墨烯与单质硫球磨混合，然后置于管式炉中，在氮气气氛下进行煅烧得到所述硫碳复合正极材料。本发明提出的硫碳复合正极材料的制备方法过程简单，成本低，得到的硫碳复合正极材料导电性好，倍率和循环性能优异。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，尤其涉及一种硫碳复合正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步及电池技术的发展，目前现有的电池体系能量密度无法满足社会的需求。仅靠目前现有的电池体系在2025年完成单体电池能量密度大于400Wh/kg的目标是比较困难的，需要开发新的电池体系。

在新型的电化学储能体系中，锂空气电池具有最高的能量密度，但由于涉及到复杂的异相反应，有很多问题尚未解决，短期内无法投入使用；锂硫电池是目前公认的除了锂空气电池能量密度最高的电池体系，锂硫电池以单质硫为正极材料，金属锂为负极，理论比能量高达2600Wh/kg，工作电压为2.1V，与目前各种市场需求的电压范围相适应，是目前公认的最有发展前途的二次电池体系之一。

但锂硫电池在实际应用方面存在不少的问题。首先是单质硫和放电产物硫化锂导电性差，并且放电产物硫化锂的可逆性差。其次，放电过程中单质硫首先被还原为长链多硫离子而溶解进入到有机电解液中，溶解的长链多硫离子穿过隔膜迁移到负极被还原成短链多硫离子，其中一部分短链多硫离子重新迁回正极造成“穿梭效应”；另一部分短链多硫离子在负极锂上进一步被还原成不溶物造成对锂负极的腐蚀。反复的穿梭过程导致活性材料的损失及电池界面阻抗增大，导致电池循环性能恶化。此外，硫在被还原生成硫化锂的过程中，体积膨胀大，造成硫正极结构的破坏。

目前锂硫电池主要的解决方法有：构建特殊结构，抑制充放电过程中电解液的体积膨胀及活性材料的溶解；采用对多硫化物具有吸附作用的物质作为硫基体；功能性隔离膜与功能性添加剂。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种硫碳复合正极材料及其制备方法，所述制备方法过程简单，成本低，得到的硫碳复合正极材料导电性好，倍率和循环性能优异。

本发明提出的一种硫碳复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将石墨烯与酸混合，搅拌处理后静置，过滤、洗涤、干燥得到官能团化石墨烯；

S2、将官能团化石墨烯与高分子聚合物单体加入乙醇水溶液中，搅拌后加入链引发剂进行反应，反应结束后过滤、洗涤、干燥、球磨得到聚合物包覆石墨烯；

S3、将聚合物包覆石墨烯与单质硫球磨混合，然后置于管式炉中，在氮气气氛下进行煅烧得到所述硫碳复合正极材料。

优选地，在S1中，所述石墨烯为还原石墨烯，其比表面积为200-1800㎡/g；所述酸为浓盐酸或者浓硝酸。

优选地，所述浓盐酸的质量浓度为30-38wt％；所述浓硝酸的质量浓度为60-80wt％。

优选地，在S1中，石墨烯与酸的重量比为1：50-1：100。

优选地，在S1中，采用磁力搅拌器搅拌处理；搅拌处理的时间为1-4h；静置的温度为60-90℃，静置的时间为12-24h。

优选地，在S2中，官能团化石墨烯与高分子聚合物单体的质量比为0.5：1-1：10；链引发剂与高分子聚合物单体的质量比为0.05：1-1：1；所述高分子聚合物单体为苯胺、吡咯、间二苯胺中的一种或多种的混合物；所述链引发剂为FeCl₃、H₂O₂、过硫酸铵中的一种或多种的混合物。