[发明专利]一种高性能锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种新型高性能锂硫电池正极材料及其制备方法。该正极材料为具有三维泡沫结构的石墨烯与V₂C Mxene的复合材料。该正极材料为具有三维泡沫结构的石墨烯与V₂C Mxene复合材料，石墨烯具有良好的导电性；V₂C Mxene则具备优异的吸附性和电化学能量存储特点；同时三维泡沫结构限制可溶性多硫化物、增多了活性位点以及形成快速离子通道，三者共同作用促进了锂硫电池的电化学性能。所述制备方法简单、有效、易于实现。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种高性能锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的日益进步和科技的飞速发展，人类社会对储能技术的需求不断增长，使得可充电电池应运而生，以此来应对社会发展所面临的能源危机。由于硫在地壳中的含量丰富，价格低廉以及其卓越的理论比容量，使得锂硫电池成为了目前最具前景的新型二次电池的一种，并且受到了人们的广泛关注。

然而锂硫电池这一领域仍然面临着重大挑战，存在电池中的活性物质硫导电性差；锂化过程中体积膨胀以及中间产物易溶解于电解液而造成活性物质利用率低等诸多缺点，极大阻碍了Li-S电池的实际应用，尤其源自高阶多硫化物扩散所造成的“飞梭效应”导致了Li-S电池的低库伦效率、锂负极腐蚀以及循环期间容量快速衰减等问题。为了与传统的锂离子电池竞争，开发具有高质量容量的硫电极至关重要，因此需要对电极材料进行结构设计，以增加电极结构的硫负载量。

硫正极的合理改造对于实现优异的电池性能起着至关重要的作用，建立有效快速的离子/电子传输通道有利于解决活性物质S在电导率上的不足。原则上碳基材料的二维石墨烯片是一种具有前景的载硫主体，将硫加载至石墨烯后，能够有效地提高正极结构的导电性；但其在循环过程中对于多硫化锂(LPS)的限制能力却十分有效，导致其较差的循环特性；此外二维结构的石墨烯在应对放电过程中体积膨胀效应也作用甚微。因此亟待需要一种性能更为稳定的锂硫电池正极材料。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种高性能锂硫电池正极材料及其制备方法，该正极材料为具有三维泡沫结构的石墨烯与V₂C Mxene复合材料，石墨烯具有良好的导电性；V₂C Mxene则具备优异的吸附性和电化学能量存储特点；同时三维泡沫结构限制可溶性多硫化物、增多了活性位点以及形成快速离子通道，三者共同作用促进了锂硫电池的电化学性能。所述制备方法简单、有效、易于实现。

本发明的技术方案为：一种高性能锂硫电池正极材料为具有三维泡沫结构的石墨烯与V₂CMxene的复合材料。

所述高性能锂硫电池正极材料的制备方法，首先制备均匀的石墨烯与V₂C Mxene水相分散混合液；然后将石墨烯与V₂C Mxene沉积至泡沫基材上；最后刻蚀吸附有石墨烯与V₂C Mxene的泡沫基材，得到具有三维泡沫结构的石墨烯与V₂C Mxene的复合材料。

所述高性能锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备石墨烯与V₂C Mxene水相分散混合液：首先称取石墨烯均匀水相分散液，然后加入去离子水，稀释、搅拌得到石墨烯均匀分散体，然后将V₂C Mxene溶液加入至石墨烯均匀分散体中，连续搅拌形成均匀的石墨烯与V₂C Mxene水相分散混合液；

(2)制备吸附有石墨烯与V₂C Mxene的泡沫基材：首先将泡沫基材进行洗涤、干燥，然后浸泡至步骤(1)所得的石墨烯与V₂C Mxene水相分散混合液中,搅拌处理15～60分钟后取出干燥；重复上述浸泡过程3～5次,得到吸附有石墨烯与V₂C Mxene的泡沫基材；