CN105720231B - 一种磺化石墨烯改性的硫碳电极及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磺化石墨烯改性的硫碳电极,将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极。锂化的磺化石墨烯通过石墨烯层间的范德法力紧紧吸附于电极上可以降低硫碳电极中多硫化物的溶出，同时锂化的磺酸根具有传导锂离子的作用，因此该方法能够有效的提高锂硫电池的循环性能。同时该方法工艺简单，加工时间短，有望在锂硫电池领域实现大规模应用。

Description

一种磺化石墨烯改性的硫碳电极及其制备和应用
技术领域
本发明涉及的是一种锂硫电池技术领域，具体是一种磺化石墨烯修饰改性的硫碳电极的制备和应用。
背景技术
锂硫电池具有超高的理论能量密度，高达2600Wh/kg，同时使用成本较低的硫和碳作为正极材料，因而引起了人们的广泛关注，受到了越来越多的研究者的重视。全球锂硫电池研究的代表厂商有美国的Sion Power、英国的Oxis和韩国的SumSang等，并且可开发出的电池能量密度不低于400Wh/kg。但是要真正实现锂硫电池的大规模商业化应用还有很长的一段路要走。而目前限制锂硫电池商业化的主要原因在于放电中间产物聚硫离子溶解产生飞梭效应而导致的电池容量衰减快，电池循环性能差。现阶段解决锂硫电池放电过程中飞梭效应的办法主要有：通过碳材料的孔道设计来降低正极硫的溶解，例如设计微孔介孔复合碳材料；通过碳材料的结构设计将聚硫离子固定于正极中，例如设计胶囊碳的方法来固硫。但是这些对碳材料进行修饰改性制备的方法需要复杂的制备工艺，大大增加了材料的制备成本，致使最终的效果并不显著。
相比于通过改变碳材料的孔道结构或者微观形貌，直接对碳硫复合电极进行修饰改性所需的工艺相对简单，因而具有更低的成本。本发明采用一种锂化的磺化石墨烯将其吸附于硫碳电极表面，锂化的磺化石墨烯在硫碳电极表面形成一层石墨烯薄膜。该薄膜上锂化的磺酸根可向硫碳电极内部传递锂离子，同时该薄膜可以降低聚硫离子从硫碳电极的流失，从而显著提高锂硫电池的循环性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磺化石墨烯改性的硫碳电极。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
所述硫碳电极的制备方法为，将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极；
所述磺化石墨烯中的碳元素和硫元素的碳硫比为9:1至6:1；
所述氢氧化锂溶液的质量浓度为1％至30％；
所述浸渍温度为20℃至100℃；
所述浸渍时间为1小时制48小时；
所述的粘结剂为全氟磺酸树脂，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯中的一种，粘结剂与磺化石墨烯的质量比为0.01至0.1；
所述分散剂为水、乙醇、异丙醇和N-N二甲基乙酰胺中的一种，分散剂与磺化石墨烯的质量比为10至100。
所述硫碳电极作为正极用于锂硫电池中。
本发明有益效果
硫碳复合电极经过磺化石墨烯改性之后，锂化的磺化石墨烯通过石墨烯层间的范德法力紧紧吸附于电极上可以降低硫碳电极中多硫化物的溶出，同时锂化的磺酸根具有传导锂离子的作用，因此该方法能够有效的提高锂硫电池的循环性能。同时该方法工艺简单，加工时间短，有望在锂硫电池领域实现大规模应用。
附图说明
图1实施例1中磺化石墨烯改性之前的硫碳复合电极形貌；
图2实施例1中磺化石墨烯改性之后的硫碳复合电极形貌；
图3实施例3中磺化石墨烯改性之前的电池循环性能曲线；
图4实施例3中磺化石墨烯改性之后的电池循环性能曲线。
具体实施方式
实施例1
取碳硫元素比为6：1的磺化石墨烯2g，将其浸渍于100ml质量分数为30％的氢氧化锂溶液中24h，然后将磺化石墨烯进行洗涤过滤干燥，得到锂化的磺化石墨烯。将该石墨烯与质量分数为5％的聚四氟乙烯乳液和水混合均匀，具体比例为2g磺化石墨烯、10g聚四氟乙烯乳液和30ml水。将该混合体系喷涂于碳硫复合电极上。该碳硫复合电极所用碳材料为Super P，充硫率为50％，硫担量为2mg/cm2。喷涂之后，磺化石墨烯的载量为0.1mg/cm2。将该磺化石墨烯改性后的电极干燥后，组装成锂硫电池进行电池测试。测试条件为，电流密度为0.1倍率，充放电去甲为1.5V至3.0V。测试结果为未改性电极在50次循环内容量保持率为53％，改性后的电极容量保持率为80％。
实施例2
取碳硫元素比为9：1的磺化石墨烯2g，将其浸渍于100ml质量分数为15％的氢氧化锂溶液中24h，然后将磺化石墨烯进行洗涤过滤干燥，得到锂化的磺化石墨烯。将该石墨烯与质量分数为5％的聚偏氟乙烯和N-N二甲基乙酰胺混合均匀，具体比例为2g磺化石墨烯、10g聚偏氟乙烯溶液和20ml N-N二甲基乙酰胺。将该混合体系喷涂于碳硫复合电极上。该碳硫复合电极所用碳材料为KB600，充硫率为50％，硫担量为2mg/cm2。喷涂之后，磺化石墨烯的载量为0.1mg/cm2。将该磺化石墨烯改性后的电极干燥后，组装成锂硫电池进行电池测试。测试条件为，电流密度为0.1倍率，充放电去甲为1.5V至3.0V。测试结果为未改性电极在50次循环内容量保持率为72％，改性后的电极容量保持率为90％。
实施例3
取碳硫元素比为8：1的磺化石墨烯2g，将其浸渍于100ml质量分数为20％的氢氧化锂溶液中24h，然后将磺化石墨烯进行洗涤过滤干燥，得到锂化的磺化石墨烯。将该石墨烯与质量分数为5％的聚偏氟乙烯和N-N二甲基乙酰胺混合均匀，具体比例为2g磺化石墨烯、10g聚偏氟乙烯溶液和20ml N-N二甲基乙酰胺。将该混合体系喷涂于碳硫复合电极上。该碳硫复合电极所用碳材料为KB 600，充硫率为50％，硫担量为2mg/cm2。喷涂之后，磺化石墨烯的载量为0.1mg/cm2。将该磺化石墨烯改性后的电极干燥后，组装成锂硫电池进行电池测试。测试条件为，电流密度为0.1倍率，充放电去甲为1.5V至3.0V。测试结果为未改性电极在50次循环内容量保持率为72％，改性后的电极容量保持率为95％。
图1为硫碳复合电极的微观形貌，从图中可以看出硫碳电极表面比较疏松，存在许多明显的孔道，在充放电过程中，多硫化物容易从这些孔道中溶出，从而降低电池的容量和循环性能。图2为磺化石墨烯改性的硫碳复合电极表面的微观形貌，从图中可以看出磺化石墨烯紧紧覆盖于电极表面，对硫碳电极进行“封装”，该结构可以有效阻止多硫化物从硫碳电极中溶出，从而提高电池的容量和循环稳定性。

Claims (8)

1.一种磺化石墨烯改性硫碳电极，其特征在于： 将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极；所述磺化石墨烯中的碳元素和硫元素的碳硫比为9:1 至6:1。
2.如权利要求1所述的硫碳电极，其特征在于： 所述氢氧化锂溶液的质量浓度为 1%至30%。
3.如权利要求1所述的硫碳电极，其特征在于： 浸渍温度为20℃至100℃。
4.如权利要求1、2或3 所述的硫碳电极，其特征在于： 浸渍时间为1小时至48 小时。
5.如权利要求1所述的硫碳电极，其特征在于： 所述的粘结剂为全氟磺酸树脂，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯中的一种，粘结剂与磺化石墨烯的质量比为0.01 至0.1。
6.如权利要求1所述的硫碳电极，其特征在于： 所述分散剂为水、乙醇、异丙醇和N-N二甲基乙酰胺中的一种，分散剂与磺化石墨烯的质量比为 10 至100。
7.一种如权利要求1所述的硫碳电极的制备，其特征在于： 所述硫碳电极的制备方法为，将磺化石墨烯浸渍于氢氧化锂溶液中，然后将磺化石墨烯取出、洗涤、干燥，得到锂化的磺化石墨烯；将锂化的磺化石墨烯和粘结剂分散于分散剂中，采用喷涂的方式将其喷涂于硫碳复合电极上，再进行干燥即得到磺化石墨烯改性的硫碳电极； 所述磺化石墨烯中的碳元素和硫元素的碳硫物质的量比为9:1 至6:1； 所述氢氧化锂溶液的质量浓度为 1%至30%； 浸渍温度为20℃至100℃； 浸渍时间为1小时至48 小时； 所述的粘结剂为全氟磺酸树脂，聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯中的一种，粘结剂与磺化石墨烯的质量比为0.01 至0.1； 所述分散剂为水、乙醇、异丙醇和N-N 二甲基乙酰胺中的一种，分散剂与磺化石墨烯的质量比为 10 至100。
8.一种如权利要求1所述的硫碳电极的应用，其特征在于： 所述硫碳电极作为正极用于锂硫电池中。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108550848A (zh) * 2018-04-20 2018-09-18 苏州缘聚新材料技术服务合伙企业（有限合伙） 富锂碳材料、其制备方法及应用
CN112886009B (zh) * 2019-11-29 2022-06-24 恒大新能源技术(深圳)有限公司 导电剂及其制备方法、电极和二次电池
CN111952594B (zh) * 2020-08-25 2023-04-07 中南大学 一种锂化埃洛石锂硫电池正极材料及其制备方法
CN112234172A (zh) * 2020-09-29 2021-01-15 江汉大学 一种碳包覆管状埃洛石负载硫活性材料及其制备方法
CN115504461B (zh) * 2022-09-29 2023-07-21 广东墨睿科技有限公司 一种Li离子改性的还原氧化石墨烯粉体的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102185158A (zh) * 2011-04-14 2011-09-14 武汉理工大学 一种具有吸附层的锂硫电池
CN103050667A (zh) * 2012-12-13 2013-04-17 中南大学 一种用于锂硫二次电池的多层次结构复合正极及制备方法
CN103515646A (zh) * 2013-09-09 2014-01-15 中南大学 一种具有导电吸附层的锂硫电池及导电聚合物薄膜的应用
CN103682349A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 复旦大学 一种免添加剂的磺酸化石墨烯/硫电极片及其制备方法和应用
CN103972467A (zh) * 2013-02-06 2014-08-06 中国科学院金属研究所 一种锂硫电池多层复合正极及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9385397B2 (en) * 2011-08-19 2016-07-05 Nanotek Instruments, Inc. Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102185158A (zh) * 2011-04-14 2011-09-14 武汉理工大学 一种具有吸附层的锂硫电池
CN103050667A (zh) * 2012-12-13 2013-04-17 中南大学 一种用于锂硫二次电池的多层次结构复合正极及制备方法
CN103972467A (zh) * 2013-02-06 2014-08-06 中国科学院金属研究所 一种锂硫电池多层复合正极及其制备方法
CN103515646A (zh) * 2013-09-09 2014-01-15 中南大学 一种具有导电吸附层的锂硫电池及导电聚合物薄膜的应用
CN103682349A (zh) * 2013-12-20 2014-03-26 复旦大学 一种免添加剂的磺酸化石墨烯/硫电极片及其制备方法和应用

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