【CN109920985A】一种锂硫电池正极材料及其制备方法【专利】

(10)申请公布号 CN 109920985 A (43)申请公布日 2019.06.21 C01B 32/182(2017 .01)
权利要求书2页 说明书10页 附图4页
CN 109920985 A
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权 利 要 求 书
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1 .一种用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于将升华硫按设计质量比融于纳 米二氧化硅介孔球，形成复合物；再将此复合物与氧化石墨烯按设计质量比混合后还原，即 得到锂硫电池正极材料；具体包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯的制备 ①将9克过硫酸钾与9克五氧化二磷溶于15ml浓硫酸中 ，加入11克石墨粉 ；搅拌均匀后 于80℃、保温24小时，得到预氧化石墨浆料； ②将预氧化石墨浆料抽滤 ，并 用去离子水清洗后 ，置80℃的 烘箱中烘烤24小时 ，得到预 氧化石墨粉料； ③将3克硝酸钠加入255ml浓硫酸中 ，完全溶解后将得到的预氧化石墨粉料全部加入其 中 ；整个体系置于10℃以下的水浴锅中 ，待整个体系温度稳定在10℃以 下后 ，进行下一步操 作； ④称取18克高锰酸钾，以0 .9克分20次加入到上述体系中；该体系的温度始终保持在10 ℃以下，添加完毕后密封，该体系温度下保温3小时后转移至55℃水浴锅中，强烈搅拌5小时 形成膏状物质； ⑤将膏状物质用盐酸溶液离心清洗，再用去离子水离心清洗，得到氧化石墨烯； (2)纳米二氧化硅介孔球的制备 ①取十六烷基三甲基溴化铵0 .1～0 .8克放入50ml去离子水中，充分搅拌0 .6小时，配制 成反应母液；将配制的反应母液置于60℃～110℃的恒温箱中保温10～48小时； ②取出反应母液并向其中 加入正硅酸乙 酯 ，所 加正硅酸乙 酯与反应母液的比 例为 ：每 1ml正硅酸乙酯加入反应母液为0 .08～0 .64克，于常温下磁力搅拌1-10小时，密封后反应10 ～48小时生成反应物； ③将生成的反应物抽滤、清洗至膏状物 ，将膏状产物分散于50～150ml去离子水中 ，磁 力搅拌2小时，形成纳米二氧化硅介孔球分散液； (3)对纳米二氧化硅介孔球碳包覆以及引入相应官能团 ①在所述纳米二氧化硅介孔球分散液中加入0 .4克碳源，同时根据引入的官能团加入 0 .01-0 .35克富官能团物质，形成混合液； ②按照摩尔比 例 ，在上述混合液中 加入过渡金 属乙 酸盐 ，混合液与过渡金 属乙 酸盐的 比例为：1:3；然后超声清洗0 .2～2 .5小时，混合均匀后在60℃～110℃烘箱中烘干，得到富 官能团碳包覆纳米二氧化硅介孔球、过渡金属乙酸盐混合物； ③将上述混合物置于真空气氛条件下于850℃～1000℃退火处理5～10小时 ；自然冷却 至室温，得到碳包覆的纳米二氧化硅介孔球； (4)锂硫电池正极材料制备 ①将上述碳包覆的纳米二氧化硅介孔球与升华硫按照质量比1:1～1:6混合均匀后，在 150℃～250℃气氛条件下保温2～20小时，得到碳包覆纳米二氧化硅介孔球/硫复合物； ②取步骤(1)所制备的氧化石墨烯0 .3克和1克碳包覆纳米二氧化硅介孔球/硫复合物 分散于80～300ml去离子水中，磁力搅拌器搅拌0 .2～2小时得氧化石墨烯混合液； ③将所得氧化石墨烯混合液置入60℃～110℃烘箱中 ，保温1～10小时得混合产物 ；将 混合产物抽滤至膏状 ，用去离子水清洗 ，冻干1～15小时 后即得到锂硫电 池正极材料 ；将其 磨细备用。
4 .根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述 加入的正硅酸乙酯与反应母液的比例为：每1ml正硅酸乙酯加入反应母液为0 .16克。
5 .根据权利要求1所述的电极材料制备方法，其特征在于步骤(3)中所述在纳米二氧化 硅介孔球分散液中加入0 .4克的碳源，所述碳源为明胶、或葡萄糖中的一种；添加量为每1克 纳米二氧化硅介孔球添加0 .4克碳源。
( 57 )摘要 本发明公开了一 种锂硫电 池正极材料 及其
制备方法和将其在制备锂硫电池中的应用。该正 极材料包括纳米二氧化硅介孔球，富官能团碳包 覆层、三维网状还原氧化石墨烯和升华硫四个部 分。其制备方法采用自组装方式得到尺寸不同的 纳米二氧化硅介孔球；将升华硫融于纳米二氧化 硅介孔球 ，形成复合物 ；此复合物与氧化石墨烯 还原，即制得锂硫电池正极材料。将正极材料、导 电 剂 、粘接剂按 质量比 涂覆到集流体上 ，得到高 性能的锂硫电池正极，将其用于组装的锂硫电池 能 大幅 提升其循环稳定性 、倍率性能 、及库伦效 率；且具有充放电性能好、高负载量、长循环寿命 及高比 容量的 优点 ；符合电 池市 场对于长寿命 、 高比容量电池的需求。
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2 .根据权利要求1所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所制 备的纳米二氧化硅介孔球其直径在30～200纳米之间。
3 .根据权利要求1或2所述用于锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中 所述纳米二氧化硅介孔球分散液的浓度为0 .1mg/ml～10mg/ml。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910079279 .X
(22)申请日 2019 .01 .28
(71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成都市武侯区一环路 南一段24号
(72)发明人 朱基亮 刘建鹏 朱峻成
(74)专利代理机构 成都科海专利事务有限责任 公司 51202
代理人 刘双兰
(51)Int .Cl . H01M 4/36(2006 .01) H01M 4/38(2006 .01) H01M 4/583(2010 .01) H01M 4/62(2006 .01) H01M 10/052(2010 .01)
( 54 )发明 名称 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
6 .根据权利要求1所述的电极材料制备方法，其特征在于步骤(3)中所述加入过渡金属 乙酸盐为镍、钴、锰、铝或铁的一种。
7 .根据权利要求1所述的电极材料制备方法，其特征在于步骤(3)中所述富官能团物质 选择谷氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、或氟化钠的一种。