[发明专利]一种硫化锌与氧化石墨烯复合物的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种硫化锌与氧化石墨烯复合材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用。该制备方法具体为：将二硫化碳和乙二胺溶液搅拌混合，得混合溶液；将氧化石墨烯加入到溶剂中超声处理，然后加入到混合溶液中，得混合液；将硝酸锌溶液逐滴加入到混合液中，滴加完毕后转移到釜中，反应，冷却，离心分离，洗涤，烘干即可。本发明以过度金属硫化物ZnS为多硫离子的化学吸附及催化活性位，氧化石墨烯为导电基质，以提高复合材料的导电性，加快电子在ZnS和多硫离子界面的的转移和传输；本发明通过化学反应载硫，降低了能耗且活性物质分散均匀。显著的有高达90%的硫负载量，极大的提高了电池的能量密度。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种硫化锌与氧化石墨烯复合材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用。

背景技术

当今社会，能源短缺和环境污染使得人们对新能源的开发和利用迫在眉睫。但是而无论何种形式的新能源，对其能量的转化、存储和控制都需要安全、廉价、高效和长寿命的电化学体系来实现，与此同时，电动汽车（EVs）、混合动力电动汽车（hev）的快速发展和大规模可再生能源的应用持续增强着人们对高能量/功率密度、高稳定性、长寿命、以及低成本电池的需求。如钴酸锂、锰酸锂和磷酸锂类的常规锂离子电池作为动力源已经无法满足当今社会发展的要求。相比于传统锂离子电池，锂硫电池以单质硫作为正极，金属锂作为负极的二次电池体系。其具备高达2600 Wh kg^-1理论能量密度，和单质硫的1675 mAh g^-1理论比容量的优势，而且实际能量密度也有望达到传统锂离子电池的2-5倍；此外，单质活性物质硫在自然界储量丰富、价格低廉，并且无毒无污染。因此，锂硫电池被看作极具应用前景的下一代二次锂电池技术。

然而，锂硫电池的实际应用仍面临严峻挑战：（1）单质S和最终的放电产物Li₂S₂和Li₂S的低的电导率导致活性物质的利用率较低，造成低的容量的发挥。（2）循环过程中的高达78%的体积变化导致电接触的损失并因此导致电极的粉化和坍塌（3）充放电过程中形成的中间产物易溶解到有机电解液中，引起穿梭效应的发生，进而导致容量的衰减和差的库伦效率，最终使得电池短路。

为了克服以上的问题，研究人员做了诸多努力，将单质硫与多孔的导电碳材料复合 ，但是此种方法能物理限域多硫离子，在长循环的过程中不能有效的固定；随后极性的主体材料被用来化学吸附多硫离子，最近的研究取得突破性的进展是应用有催化活性的硫主体材料来促进多硫化锂的氧化还原反应如：研究论文（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137,11542.）介绍的Pt/G电极，（Energy Environ. Sci. 2017, 10,1476.） 中的MoS₂/rGO电极等，但是催化剂昂贵的成本和有限的催化活性位点限制了活性物质硫的负载量，以上催化剂硫主体存在的显著问题就是硫的载量偏低仅在70%左右。然而活性物质低的载量就降低了锂硫电池实际应用时的能量密度，不利于其实际应用。

发明内容

为了改善锂硫电池存在的问题，本发明旨在提供一种以简单温和的方法制备出氧化石墨烯负载的硫化锌（ZnS/GO）的材料，且具有该电极材料的锂硫电池表现出优异的电化学性能。

本发明还提供了一种材料氧化石墨烯负载硫化锌复合材料在锂硫电池正极材料中的应用。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种硫化锌与氧化石墨烯的复合物材料的制备方法，包括以下步骤：