本發(fā)明屬于鋰硫電池
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種泡沫石墨烯鋰硫電池正極片的制備方法。
背景技術(shù)：
：鋰硫電池是以金屬鋰為負(fù)極，單質(zhì)硫?yàn)檎龢O的電池體系。鋰硫電池的具有兩個(gè)放電平臺(tái)（約為2.4V和2.1V），但其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。鋰硫電池具有比能量高（2600Wh/kg）、比容量高（1675mAh/g）、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)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，這嚴(yán)重制約著鋰硫電池的發(fā)展。造成上述問題的主要原因有以下幾個(gè)方面：（1）單質(zhì)硫是電子和離子絕緣體，室溫電導(dǎo)率低（5×10-30S·cm-1），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)多硫化鋰Li2Sn（8＞n≥4）易溶于電解液中，在正負(fù)極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負(fù)極，高聚態(tài)多硫化鋰被金屬鋰還原成低聚態(tài)多硫化鋰。隨著以上反應(yīng)的進(jìn)行，低聚態(tài)多硫化鋰在負(fù)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)多硫化鋰。這種現(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(shí)不溶性的Li2S和Li2S2沉積在鋰負(fù)極表面，更進(jìn)一步惡化了鋰硫電池的性能；（3）反應(yīng)最終產(chǎn)物L(fēng)i2S同樣是電子絕緣體，會(huì)沉積在硫電極上，而鋰離子在固態(tài)硫化鋰中遷移速度慢，使電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速度變慢；（4）硫和最終產(chǎn)物L(fēng)i2S的密度不同，當(dāng)硫被鋰化后體積膨脹大約79%，易導(dǎo)致Li2S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。上述不足制約著鋰硫電池的發(fā)展，這也是目前鋰硫電池研究需要解決的重點(diǎn)問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種泡沫石墨烯鋰硫電池正極片的制備方法，其目的在于提高鋰硫電池的正極容量，改善電池的循環(huán)壽命，解決傳統(tǒng)鋰硫電池在充放電過程中的中間產(chǎn)物多硫化物溶于電解液，使鋰硫電池的正極容量急劇下降，導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命變差的問題。本發(fā)明提供一種泡沫石墨烯鋰硫電池正極片的制備方法的制備方法為：步驟（1）將氧化石墨和聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨30-60min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水的混合溶液中超聲分散，形成濃度1-20g/L的懸浮液。步驟（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡10-60min，蒸干溶劑，再放入氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)800-1100℃反應(yīng)1-10h，反應(yīng)完全后自然冷卻。步驟（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于1-3mol/L的鹽酸中，60-80℃反應(yīng)5-10h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。步驟（4）將單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，120-180℃反應(yīng)1-5h，冷卻后錕壓得到電極片。進(jìn)一步地，所述步驟（1）中球磨時(shí)間為30-60min；進(jìn)一步地，所述步驟（1）中聚丙烯晴的質(zhì)量為氧化石墨質(zhì)量的0.01-5%。進(jìn)一步地，所述步驟（1）中乙醇與水的混合溶液中乙醇與水的體積比為0.25-4。進(jìn)一步地，所述步驟（1）在氧化石墨懸浮液的濃度為1-20g/L的懸浮液。進(jìn)一步地，所述步驟（2）中泡沫鎳浸泡在氧化石墨懸浮液中的時(shí)間為10-60min。進(jìn)一步地，所述步驟（2）中馬弗爐內(nèi)的氣氛為含體積濃度5%氫氣的氫氮混合氣。進(jìn)一步地，所述步驟（2）在馬弗爐內(nèi)的反應(yīng)溫度為800-1100℃，反應(yīng)時(shí)間為1-10h。進(jìn)一步地，所述步驟（3）中鹽酸濃度為1-3mol/L。進(jìn)一步地，所述步驟（3）在鹽酸中的反應(yīng)溫度為60-80℃，反應(yīng)時(shí)間為5-10h。進(jìn)一步地，所述步驟（4）中硫的質(zhì)量為泡沫石墨烯的質(zhì)量的0.5-5倍。進(jìn)一步地，所述步驟（4）中反應(yīng)溫度為120-180℃，反應(yīng)時(shí)間為1-5h。進(jìn)一步地，所述步驟（4）中得到的電極片的厚度為100-500um。本發(fā)明具有如下有益效果：（1）本發(fā)明制備方法簡單，可直接得到鋰硫電池正極片，簡化了正極制備工藝；（2）泡沫石墨烯既可以作為集流體起到支撐和導(dǎo)電作用又可以作為正極材料提供儲(chǔ)硫空間；（3）泡沫石墨烯具有較大的比表面積和孔容，能制備高載硫量的正極，同時(shí)能有效抑制穿梭效應(yīng)，提高鋰硫電池壽命。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1鋰硫電池電極片的循環(huán)壽命圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：實(shí)施例1（1）將10g氧化石墨和0.001g聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨30min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水體積比為0.25的混合溶液中超聲分散，形成濃度1g/L的懸浮液。（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡10min，蒸干溶劑，再放入含5%氫氣的氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)800℃反應(yīng)10h，反應(yīng)完全后自然冷卻。（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于1mol/L的鹽酸中，60℃反應(yīng)10h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。（4）將5g單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，120℃反應(yīng)5h，冷卻后錕壓得到電極片。實(shí)施例2（1）將10g氧化石墨和0.5g聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨60min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水體積比為4的混合溶液中超聲分散，形成濃度20g/L的懸浮液。（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡60min，蒸干溶劑，再放入含5%氫氣的氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)1100℃反應(yīng)1h，反應(yīng)完全后自然冷卻。（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于3mol/L的鹽酸中，80℃反應(yīng)5h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。（4）將50g單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，180℃反應(yīng)1h，冷卻后錕壓得到電極片。實(shí)施例3（1）將10g氧化石墨和0.1g聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨45min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水體積比為0.5的混合溶液中超聲分散，形成濃度3g/L的懸浮液。（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡30min，蒸干溶劑，再放入含5%氫氣的氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)900℃反應(yīng)5h，反應(yīng)完全后自然冷卻。（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于2mol/L的鹽酸中，75℃反應(yīng)7h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。（4）將10g單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，150℃反應(yīng)3h，冷卻后錕壓得到電極片。實(shí)施例4（1）將10g氧化石墨和3g聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨40min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水體積比為2的混合溶液中超聲分散，形成濃度10g/L的懸浮液。（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡50min，蒸干溶劑，再放入含5%氫氣的氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)1000℃反應(yīng)3h，反應(yīng)完全后自然冷卻。（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于1.5mol/L的鹽酸中，65℃反應(yīng)9h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。（4）將20g單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，160℃反應(yīng)2h，冷卻后錕壓得到電極片。實(shí)施例5（1）將10g氧化石墨和1g聚丙烯晴加入到球磨機(jī)中球磨40min，然后將球磨后的混合物加入到乙醇與水體積比為1的混合溶液中超聲分散，形成濃度5g/L的懸浮液。（2）將泡沫鎳在上述懸浮液中浸泡20min，蒸干溶劑，再放入含5%氫氣的氫氮混合氣保護(hù)的馬弗爐內(nèi)950℃反應(yīng)80h，反應(yīng)完全后自然冷卻。（3）將上述的產(chǎn)物浸漬于2.5mol/L的鹽酸中，75℃反應(yīng)4h，反應(yīng)完全后得到泡沫石墨烯。（4）將30g單質(zhì)硫粉涂抹在泡沫石墨烯的表面，置于密封的容器內(nèi)，140℃反應(yīng)4h，冷卻后錕壓得到電極片。其效果如表1所示，由表1可知：本發(fā)明制備的鋰硫電池電極片質(zhì)量比容量達(dá)到了1290-1410mAh/g。由圖1可知：本發(fā)明制備的鋰硫電池電極片充放電300次，性能保持良好。表1實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5能量密度（mAh/g）13751410129013451336以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3