一种石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105720250A(43)申请公布日2016.06.29(21)申请号201610098964.3(22)申请日2016.02.21(71)申请人钟玲珑地址518057广东省深圳市南山区南山大道3128号中山苑6-604(72)发明人钟玲珑肖丽芳(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料的制备方法(57)摘要本发明提供一种石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料的制备方法，包括以下几个步骤：（1）：称取纳米碳酸钙粉末加入到无水乙醇中，超声形成悬浮液；（2）：称取二氯氧锆和氯化钇溶于去离子水中，配制成水溶液；（3）：将（2）得到的水溶液在水浴中加入到悬浮液中，然后加入氨水调节值，得到白色固体；（4）：将白色固体放入马弗炉中，冷却后放入醋酸溶液中搅拌除去碳酸钙，得到空心二氧化锆；（5）：将得到的空心二氧化锆、硫单质、石墨烯加入到二硫化碳中，得到复合材料。石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料中二氧化锆空心球的包覆着硫基材料，能抑制放电产物多硫化物的溶解以及缓解体积膨胀，提高其电化学性能。CN105720250ACN105720250A权利要求书1/1页1.一种石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤（1）：称取纳米碳酸钙粉末加入到无水乙醇中，超声形成悬浮液；步骤（2）：称取二氯氧锆和氯化钇溶于去离子水中，配制成水溶液；步骤（3）：将步骤（2）得到的水溶液在水浴中缓慢加入到悬浮液中，然后加入氨水调节值，再加入表面活性剂聚乙二醇，将反应混合物继续搅拌后，在室温下陈化后得到白色沉淀，过滤、洗涤、干燥，得到白色固体；步骤（4）：将得到的白色固体放入马弗炉中，在空气气氛中，煅烧除去有机杂质，冷却后放入醋酸溶液中搅拌除去碳酸钙，过滤、水洗、干燥后得到空心二氧化锆；步骤（5）：将得到的空心二氧化锆、硫单质、石墨烯加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬浮液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中纳米碳酸钙的粒径为40-100nm，超声时间为20-60分钟。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中二氯氧锆：氯化钇：碳酸钙的质量比为1：0.2-0.8：0.5-5。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中将（2）得到的水溶液加入到悬浮液的时间为3-5小时。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中氨水调节PH为9-11，二氯氧锆与聚乙二醇的质量比为1:0.5-5，搅拌反应时间3-10小时，陈化时间12-24小时。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中水浴温度为90℃。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）中，马弗炉的升温速率为1-5℃/min，煅烧温度为500-550℃，反应时间3-7小时；醋酸溶液为5-10%，搅拌反应时间0.5-5小时。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（5）空心二氧化锆、硫单质、石墨烯的质量比为15-30:60-80:5-10；超声分散时间为0.5-5小时；蒸干溶剂的温度为40-60℃。2CN105720250A说明书1/4页一种石墨烯/二氧化锆空心球/硫复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及纳米材料合成，特别涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。背景技术[0002]锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的电池体系。锂硫电池的具有两个放电平台（约为2.4V和2.1V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600Wh/kg）、比容量高（1675mAh/g）、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，这严重制约着锂硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低（5×10-30S·cm-1），由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；（2）在电极反应过程中产生的高聚态多硫化锂Li2S（8＞nn≥4）易溶于电解液中，在正负极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化锂被金属锂还原成低聚态多硫化锂。随着以上反应的进行，低聚态多硫化锂在负极聚集，最终在两电极之间形成浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化锂。这种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率。同时不溶性的Li2S和Li2S2沉积在锂负极表面，更进一步恶化了锂硫电池的性能