一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法.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CN113690437A(43)申请公布日2021.11.23(21)申请号202110785451.0(22)申请日2021.07.12(71)申请人山东理工大学地址255086山东省淄博市高新技术开发区高创园A座313室(72)发明人邢飞田敬坤姬广民韩雪(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M10/052(2010.01)H01M10/058(2010.01)H01M4/139(2010.01)C01B32/184(2017.01)C01B21/082(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法(57)摘要本发明属于电化学应用技术领域，公开了一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法。该材料以三聚氰胺和尿素作为石墨相氮化碳的前驱体，使用改进的Hummers法制备氧化石墨烯气凝胶，将石墨烯气凝胶在三聚氰胺/尿素溶液充分吸收，最终得到石墨相氮化碳/石墨烯杂化材料。再通过熔融扩散法制备石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料，然后按比例混合石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料、导电炭黑、PVDF，边滴加NMP边研磨以获得正极浆料，最后通过涂膜，真空干燥，压片，冲片并在手套箱里组装成CR2032扣式电池。本发明结合了石墨相氮化碳高氮含量和石墨烯高电导率的优势协同限制多硫化锂的扩散，提高锂硫电池的存储能力，大大提升了锂硫电池的循环稳定性。CN113690437ACN113690437A权利要求书1/2页1.一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，所述石墨相氮化碳/石墨烯复合材料通过石墨烯气凝胶对溶解氮化碳前体溶液进行吸附而后进行热处理所制备，其特征在于包括以下步骤：1）以三聚氰胺和尿素为前驱体，制备10mol/L的三聚氰胺/尿素混合溶液；2）采取改进的Hummers法制备氧化石墨烯，将石墨粉末置于烧杯中加入蒸馏水，利用超声机进行超声得到分散均匀的氧化石墨烯分散液，将得到的氧化石墨烯分散液转入聚四氟乙烯水热釜中180℃反应6h，即可得到具备三维结构的还原氧化石墨烯水凝胶；3）将步骤2）所得的还原氧化石墨烯水凝胶于室温下完全浸没在步骤1）制备的三聚氰胺/尿素混合溶液中，而后用蒸馏水反复洗涤，入烘箱干燥，干燥完毕后将得到的材料置于坩埚中，在氮气的气氛下于管式炉以5℃/min的升温速率升温至550℃并维持2h，最终得到石墨相氮化碳/石墨烯杂化材料；4）将步骤3）所得的石墨相氮化碳/石墨烯杂化材料与升华硫进行混合研磨，置于聚四氟乙烯反应釜中热至155℃保持12h，通过熔融扩散法得到了石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料；5）将步骤4）所得的石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料与PVDF和乙炔黑混合研磨成正极浆料；6）将步骤5）所得的正极浆料涂在铝箔集流体上，进行涂布、烘干、压片、冲片，最终得到锂硫电池正极材料。2.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤1）中的三聚氰胺和尿素的质量混合比例为3：4，且制备溶液之前要先将二者混合研磨半小时，研磨钵要提前用去离子水和无水乙醇清洗干净。3.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤2）超声得到的氧化石墨烯分散液为2mg/mL，且超声温度要低于40℃，防止石墨烯还原。4.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤3）中的还原氧化石墨烯气凝胶需在三聚氰胺/尿素溶液里浸泡24h，入烘箱温度为80℃，时间为24h。5.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤4）得到的石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料经过充分研磨半小时之后再进行步骤5）。6.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤5）中的石墨相氮化碳/石墨烯/硫复合材料与导电炭黑、聚偏氟乙烯粘结剂（PVDF）混合比例为8：1：1，边研磨边滴加N‑甲基吡咯烷酮溶剂。7.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤6）中的正极浆料通过涂布器，将正极浆料一次性涂布到铝箔集流体上，涂布刮刀精度为100微米，然后将涂布好的材料放在60℃的真空干燥箱中干燥24小时。8.如权利要求1所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于步骤6）中的冲片利用冲片机切成12mm的圆片，且不可有褶皱和毛刺。9.如权利要求6所述的一种石墨相氮化碳/石墨烯锂硫电池正极材料及其制备方法，其2CN11