一種石墨烯/聚吡咯/硫復(fù)合正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及納米材料合成，特別設(shè)及一種裡硫電池正極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡硫電池是W金屬裡為負極，單質(zhì)硫為正極的電池體系。裡硫電池的具有兩個放 電平臺（約為2.4 V和2.1 V)，但其電化學(xué)反應(yīng)機理比較復(fù)雜。裡硫電池具有比能量高 (2600 Wh/kg)、比容量高（1675 mAh/g)、成本低等優(yōu)點，被認為是很有發(fā)展前景的新一代電 池。但是目前其存在著活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)壽命低和安全性差等問題，運嚴重制約著裡 硫電池的發(fā)展。造成上述問題的主要原因有W下幾個方面：（0單質(zhì)硫是電子和離子絕緣 體，室溫電導(dǎo)率低巧由于沒有離子態(tài)的硫存在，因而作為正極材料活化困 難;（2)在電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高聚態(tài)多硫化裡Li2Sn(8>n> 4)易溶于電解液中，在正負 極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負極，高聚態(tài)多硫化裡被金屬裡還原成低 聚態(tài)多硫化裡。隨著W上反應(yīng)的進行，低聚態(tài)多硫化裡在負極聚集，最終在兩電極之間形成 濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態(tài)多硫化裡。運種現(xiàn)象被稱為飛梭效應(yīng)，降低了硫活性 物質(zhì)的利用率。同時不溶性的LisS和Li2S2沉積在裡負極表面，更進一步惡化了裡硫電池的 性能；（3)反應(yīng)最終產(chǎn)物L(fēng)isS同樣是電子絕緣體，會沉積在硫電極上，而裡離子在固態(tài)硫化 裡中遷移速度慢，使電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)速度變慢；（4)硫和最終產(chǎn)物L(fēng)isS的密度不同，當(dāng)硫 被裡化后體積膨脹大約79%，易導(dǎo)致LisS的粉化，引起裡硫電池的安全問題。上述不足制約 著裡硫電池的發(fā)展，運也是目前裡硫電池研究需要解決的重點問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種石墨締/聚化咯/硫復(fù)合材料，該制備方法簡單，導(dǎo)電性良好的 石墨締提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時對硫顆粒進行包覆限制多硫化物的移動，外層的聚化咯包覆硫 納米石墨締，不但改善硫的導(dǎo)電性，而且能夠阻止放電產(chǎn)物多硫化物的溶解并緩解體積膨 脹，W該復(fù)合材料作為裡硫電池的正極，具有容量高、循環(huán)性能穩(wěn)定的特點。
[0004] 具體方案如下：一種石墨締/聚化咯/硫復(fù)合正極材料的制備方法，包括W下幾 個步驟： (1) 硫化鋼和單質(zhì)硫按比例在瑪瑤研鉢中研磨，然后將混合物溶解于蒸饋水中，得到澄 色溶液，將Triton X-IOO加入上述溶液，一邊攬拌一邊加入濃鹽酸，逐漸形成黃色懸浮液； (2) 將氧化石墨加入蒸饋水中超聲，得到氧化石墨締溶液，取氧化石墨締溶液加入上述 黃色懸浮液，水浴中攬拌，得到的懸浮液離屯、、水洗，冷凍干燥后得到深灰色的硫氧化石墨 締復(fù)合材料； (3) 將得到的硫氧化石墨締復(fù)合材料加入艦化鐘溶液，然后加入稀鹽酸，密封，并移至 黑暗環(huán)境下反應(yīng)，離屯、，水洗，乙醇洗，得到硫石墨締復(fù)合材料； (4) 將得到的硫石墨締復(fù)合材料加入水中攬拌，再加入化咯攬拌，然后加入引發(fā)劑過硫 酸錠，攬拌、靜置、過濾、真空烘干，獲得石墨締/聚化咯/硫復(fù)合材料。
[0005] 優(yōu)選的，所述步驟（I)中硫化鋼和單質(zhì)硫質(zhì)量比為1:1-1: 5,化iton X-IOO的質(zhì)量 分數(shù)為1%，硫化鋼與質(zhì)量分數(shù)化iton X-IOO溶液的比例為l-50g: 1ml。
[0006] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，氧化石墨與硫化鋼的質(zhì)量比為1:5-50。
[0007] 優(yōu)選的，所述步驟(3)中，氧化石墨的量與艦化鐘溶液的比為Img: 稀鹽酸 與艦化鐘溶液的比例為1:5-10。
[0008] 優(yōu)選的，所述步驟(4)中，化咯與硫化鋼的質(zhì)量比為1:10-50;引發(fā)劑與化咯的質(zhì)量 比為 1:0.5-5; 優(yōu)選的，所述引發(fā)劑采用過硫酸錠、重銘酸鐘和氯化鐵中的一種。
[0009] 優(yōu)選的，所述步驟（1)中，濃鹽酸的質(zhì)量分數(shù)為30%，所述步驟(3)中，稀鹽酸的質(zhì)量 分數(shù)為10%。
[0010] 本發(fā)明具有如下有益效果：（1)該方法制備的該方法制備出的石墨締/聚化咯/硫 復(fù)合材料具有=層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層的硫顆粒，中間層是彎曲石墨締包覆層，外層是聚化咯包覆 層；（2)石墨締和聚化咯都具有超高的電導(dǎo)率，通過該方法制備出的石墨締/聚化咯/硫復(fù) 合材料能夠有效的提高裡硫電池正極材料的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電率；（3)石墨締/聚化 咯/硫復(fù)合材料中硫被具有柔初性的石墨締和聚化咯包覆著，能抑制放電產(chǎn)物多硫化物的 溶解W及緩解體積膨脹。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明制備的石墨締/聚化咯/硫復(fù)合材料的沈M圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較優(yōu)的實施例作進一步的詳細說明： 實施例1 (I)IOg硫化鋼和50g單質(zhì)硫在瑪瑤研鉢中研磨，然后將混合物溶解于蒸饋水中，得到澄 色溶液，將IOml質(zhì)量分數(shù)1%的化iton X-IOO加入上述溶液，并攬拌3小時，然后不斷加入濃 鹽酸，攬拌化，逐漸形成黃色懸浮液。
[0013] (2)將2g氧化石墨加入蒸饋水中超聲30min，形成Ig/L的氧化石墨締溶液，將氧化 石墨締溶液加入上述黃色懸浮液，在70°C水浴中攬拌化，得到的懸浮液離屯、、水洗，冷凍干 燥后得到深灰色的硫氧化石墨締復(fù)合材料。
[0014] (3)將得到的硫氧化石墨締復(fù)合材料加入化濃度為2mol/L艦化鐘溶液，然后再快 速加入0.化的鹽酸，密封，并移至黑暗環(huán)境下反應(yīng)化，離屯、，水洗，乙醇洗，硫石墨締復(fù)合材 料。
[0015] (4)將得到的硫石墨締復(fù)合材料加入水中攬拌10分鐘，加入Ig化咯攬拌化，然后加 入〇.5g引發(fā)劑過硫酸錠，攬拌、靜置、過濾、真空烘干，獲得石墨締/聚化咯/硫復(fù)合材料。
[0016] 實施例2 (1巧Og硫化鋼和50g單質(zhì)硫在瑪瑤研鉢中研磨，然后將混合物溶解于蒸饋水中，得到澄 色溶液，將Iml質(zhì)量分數(shù)1%的化iton X-IOO加入上述溶液，并攬拌化，然后不斷加入濃鹽酸， 攬拌化，逐漸形成黃色懸浮液。
[0017] (2)將Ig氧化石墨加入蒸饋水中超聲30min，形成Ig/L的氧化石墨締溶液，將氧化 石墨締溶液加入上述黃色懸浮液，在70°C水浴中攬拌化，得到的懸浮液離屯、、水洗，冷凍干 燥后得到深灰色的硫氧化石墨締復(fù)合材料。
[0018] (3)將得到的硫氧化石墨締復(fù)合材料加入化濃度為2mol/L艦化鐘溶液，然后再快 速加入0.化的鹽酸，密封，并移至黑暗環(huán)境下反應(yīng)化，離屯、，水洗，乙醇洗，硫石墨締復(fù)合材 料。
[0019] (4)將得到的硫石墨締復(fù)合材料加入水中攬拌10分鐘，加入Ig化咯攬拌化，然后加 入5g引發(fā)劑重銘酸鐘，攬拌、靜置、過濾、真空烘干，獲得石墨締/聚化咯/硫復(fù)合材料。
[0020] 實施例3 (I)IOg硫化鋼和20g單質(zhì)硫在瑪瑤研鉢中研磨，然后將混合物溶解于蒸饋水中，得到澄 色溶液，將Iml質(zhì)量分數(shù)1%的化iton X-IOO加入上述溶液，并攬拌化，然后不斷加入濃鹽酸， 攬拌化，逐漸形成黃色懸浮液。
[0021] (2)將Ig