[发明专利]石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料的制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种在石墨烯上均匀负载硫化钼纳米花的高导电复合材料(FM@G)的制备方法及其用于锂硫电池的系统改性。将定量的氧化石墨烯分散在DMF溶液中，随后将一定量的四硫代钼酸铵和尿素加入到上述分散液中，超声后加入水合肼溶液，将所得混合溶液搅拌超声均匀，进而通过溶剂热反应制备得到FM@G复合材料。定量的FM@G与硫单质通过热熔融扩散法制备得到FM@G/S正极材料；同时将FM@G乙醇分散液通过真空抽滤到PP隔膜后得到FM@G‑PP改性隔膜。所得材料运用于锂硫电池的正极与隔膜上具有高效的协同作用，增强对多硫化物的吸附/催化能力，使电池具有优异的循环性能和高的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域。更具体地，涉及一种在石墨烯上均匀负载高导电花状硫化钼纳米复合材料的制备及其用于锂硫电池的正极改性与隔膜修饰。

背景技术

人们对便携式电子设备，电动汽车和大规模智能电网需求的不断增长推动了储能技术的快速发展。锂硫(Li-S)电池由于其较高的理论能量密度和成本效益，被认为是最有发展前景的下一代储能系统之一。为了更好地实现Li-S电池的商业化应用，高硫含量的正极材料必不可少。但是，在按比例增加Li-S电池的硫负载量时，往往会出现一些问题，例如倍率性能差和循环稳定性不好等问题。

为了解决这些问题，人们已经做出了巨大的努力，其中合理设计硫正极引起了广泛的研究兴趣。常见的解决方案之一是将硫封装到具有多种形貌结构和丰富界面化学性质的纳米复合材料中。事实证明，运用基于这种策略的正极材料可有效提高Li-S电池的性能。然而，当前的这些硫正极材料实际硫含量偏低(70wt％)，严重影响了锂硫电池在高能量密度方面的优势。并且，高载硫电极在充放电过程中硫利用率低、倍率性能差、穿梭效应严重以及长循环过程中会出现容量的快速衰减。

然而，仅通过硫正极一侧的改性或隔膜一侧的修饰很难彻底解决Li-S电池中的这些问题。为了实现高硫负载锂硫电池在高倍率条件下进行高容量稳定循环运行，设计出一种高导电以及具有多硫化物吸附/催化能力的材料用于正极和隔膜的系统修饰至关重要。

发明内容

本发明提供为了解决上述问题，我们发明了一种在石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料的制备方法，用于高性能锂硫电池的系统改性，以实现高能量密度锂硫电池的稳定循环运行。硫正极载体与隔膜修饰层在抑制穿梭效应、促进多硫化物催化转化方面存在高效的协同作用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料的制备方法，其包括如下步骤：

将氧化石墨烯分散在N,N-二甲基甲酰胺中，加入(NH₄)₂MoS₄和尿素，混匀后，加入水合肼，分散均匀，在150～200℃下进行反应，得到石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料，简称FM@G材料。

作为优选方案，所述氧化石墨烯在N,N-二甲基甲酰胺中的分散浓度为0.5～2mg/mL。

作为优选方案，所述(NH₄)₂MoS₄和尿素的摩尔比为1:(1～5)。

一种石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料-PP改性隔膜材料的制备方法，其包括如下步骤：

将前述的石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料与聚偏氟乙烯分散到乙醇溶液中，得到分散液，将所述分散液附着于聚丙烯隔膜的单侧表面，得到所述石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料-PP改性隔膜材料。

作为优选方案，所述石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料与聚偏氟乙烯的重量比为(7～9):1或(7～9):2。

作为优选方案，所述石墨烯负载高导电硫化钼纳米花材料和聚偏氟乙烯的总质量在乙醇溶液中的分散溶度为1:(1～1.5)mg/ml。