[发明专利]一种SnS2

说明书

本发明公开了一种SnS₂/rGO改性硫正极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：（1）将聚苯乙烯模板、锡源和硫源溶于溶剂中，通过溶剂热反应得到二硫化锡材料；（2）将二硫化锡材料与氧化石墨混合后加入到水中，均匀干燥后，经过煅烧得到二硫化锡/石墨烯复合材料；（3）将商业硫与二硫化锡/石墨烯复合材料混合后置于高温炉中真空反应，得到最终产物。本发明制备的SnS₂/rGO改性硫正极材料，有效结合了金属硫化物和碳材料的优势，不但提高了硫正极的导电性，同时提高了材料的活性位点，能够有效缓解充放电过程中硫正极的体积膨胀，避免体积膨胀而导致充放电效率降低和容量衰减过快的问题，进而提高了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料技术以及锂硫电池领域，具体涉及一种SnS₂/rGO改性硫正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

经过几十年的发展，锂离子电池已经成功地应用在便携式电子产品和电动车等领域。但是，传统的正极（如LiCoO₂、LiFePO₄）、负极（如Graphite、Li₄Ti₅O₁₂）材料已经达到了材料本身所能发挥的能量极限，已无法满足行业快速发展的需求。因此，开发一种高性能的电池材料是刻不容缓的。单质硫作为地壳中含量最丰富的元素之一，在锂离子电池中能提供高达1675mAh·g^-1的理论比容量和2600Wh kg^-1的能量密度。此外，单质硫还具有价格便宜、环境友好等优势。但是，锂硫电池的多硫化物的溶解、穿梭效应以及安全性等问题，限制了其商业化的应用。

典型的锂硫电池是由硫正极、金属锂负极、有机电解液和高分子隔膜组成。近年来，研究者们尝试诸多方法来改善锂硫电池的电化学性能。其中，关于硫正极材料改性的报道颇多。目前，理想的硫正极结构具有以下几个特征：有效固定多硫化物的紧密结构、适当的比表面积、具有能够容纳硫体积膨胀的空间以及较短的离子和电子迁移路径等特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种SnS₂/rGO改性硫正极材料及其制备方法和应用，本发明制备的SnS₂/rGO改性硫正极材料可以有效地改善膨胀问题，提高材料的循环稳定性，且相比于传统的石墨材料，能量密度有明显的优势。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种SnS₂/rGO改性硫正极材料的制备方法，具体有以下步骤：

（1）将聚苯乙烯模板、锡源和硫源溶解于乙二醇溶剂中，搅拌混合均匀后进行溶剂热反应，反应后洗涤干燥即得到二硫化锡材料；

（2）将二硫化锡材料与氧化石墨混合后加入到水中，超声混合均匀，干燥后置于惰性气氛下，经过煅烧得到二硫化锡/石墨烯复合材料；煅烧的目的是将氧化石墨还原，同时与二硫化锡复合；

（3）将商业硫与二硫化锡/石墨烯复合材料混合后置于高温炉中真空反应，得到最终产物。真空反应过程中，硫单质变成熔融态，以流动的方式进行反应，使硫均匀的分布在石墨烯片层之间。

进一步方案，步骤（1）中，所述锡源选自二水合氯化亚锡、无水氯化锡中的一种；硫源选自硫代硫酸钠、硫代乙酰胺、硫化钠中的一种；所述溶剂热反应的温度为120~180℃，时间为12~18h。

进一步方案，步骤（2）中，所述二硫化锡材料与氧化石墨的质量比为3:1~5:1；所述干燥的方式为冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-30℃~ -10℃；所述煅烧是在管式炉中进行的；煅烧的温度为400~700℃，时间3~6h。

进一步方案，步骤（3）中，所述商业硫与产物B的质量比为4:1~7:1；所述高温炉的升温速率为3~5℃/min，真空反应的温度为150~180℃，时间12~15h。