CN111668460A - 正极材料及其制备方法、正极极片、离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正极材料及其制备方法、正极极片、离子电池，涉及离子电池技术领域，用于提高应用该正极材料制备的正极的比容量，并改善该正极的循环性能，提高应用该正极的离子电池的比容量，并改善该离子电池的循环性能。所述正极材料包括三维石墨烯和硫，其中，三维石墨烯具有间隙和孔，硫位于该间隙和/或孔内。上述正极材料用于制备正极极片、正极以及离子电池。

Description

正极材料及其制备方法、正极极片、离子电池
技术领域
本发明涉及离子电池技术领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法、离子电池。
背景技术
离子电池被广泛应用于笔记本电脑、手机、平板电脑等便携式电子设备中，离子电池包括铝离子电池、钾离子电池、镁离子电池、钠离子电池、锌离子电池等多种类型。其中，铝离子电池，即利用铝作为负极的离子电池，由于其独特的三个电子参与氧化还原反应特性，使其具有高的理论容量，加之良好的安全特性、低的可燃性、低廉的成本，因此其被认为是一种很有前途的新型储能器件。目前，铝离子电池的发展主要受限于其正极性能，如容量低、循环性差等。
相关技术中，通常使用石墨材料或硫制备形成铝离子电池的正极。其中，石墨材料的比容量为70mAh/g，硫的比容量为1600mAh/g。利用石墨材料制备形成铝离子电池的正极，虽然可以使铝离子电池具有较好的循环性能，但同时也会使铝离子电池的比容量较低。利用硫制备形成铝离子电池的正极，虽然可以使铝离子电池具有较高的比容量，但在对铝离子电池进行充电或放电时，会出现穿梭效应，造成铝离子电池的循环性能较差。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种正极材料及其制备方法、正极极片及其制备方法、离子电池，以提高应用该正极材料制备的正极的比容量，并改善该正极的循环性能，以提高应用该正极的离子电池的比容量，并改善该离子电池的循环性能。
为达到上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明实施例的第一方面提供了一种正极材料，包括：三维石墨烯和硫，其中，三维石墨烯具有间隙和孔，硫位于该间隙和/或孔内。
本发明实施例提供的正极材料由三维石墨烯和硫复合形成，三维石墨烯具有间隙和孔，硫位于三维石墨烯的间隙和/或孔内。由于三维石墨烯具有高比表面积和高导电性能，硫具有高比容量，因此利用三维石墨烯和硫复合形成的正极材料具有高比容量。并且，硫位于三维石墨烯的间隙和/或孔内，这样便可以利用三维石墨烯的间隙和/或孔对硫形成吸附固定，抑制正极材料在充电或放电过程中的穿梭效应，减缓正极材料比容量的衰减速度，从而可以确保正极材料的稳定性，改善正极材料的循环性能。因此使用上述正极材料制备正极，能够有效提高正极的比容量，有效改善该正极的循环性能，从而使得应用该正极的离子电池的比容量得以有效提高，循环性能得以有效改善。
本发明实施例的第二方面提供了一种正极材料的制备方法，包括：选取氧化石墨烯，配制氧化石墨烯溶液；将氧化石墨烯溶液与还原剂混合，使氧化石墨烯与还原剂发生反应，得到三维石墨烯；将三维石墨烯与硫混合进行三维石墨烯固硫，得到三维石墨烯复合硫的正极材料。
本发明实施例提供的正极材料的制备方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的正极材料所能实现的技术效果相同，在此不做赘述。
可选的，上述氧化石墨烯溶液的质量浓度为1～7mg/ml，和/或，上述氧化石墨烯溶液和上述还原剂的体积比为400:4～400:1。
可选的，上述氧化石墨烯溶液和上述还原剂在温度为120～240℃的条件下进行反应，反应时间为12～36h。
可选的，上述三维石墨烯和上述硫的质量比为1:10～1:1，和/或，上述三维石墨烯和上述硫在温度为120～175℃的条件下进行三维石墨烯固硫。
本发明实施例的第三方面提供了一种正极极片，包括：集流体，及覆盖于该集流体上的正极浆料，该正极浆料包括如上所述的正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂。
本发明实施例提供的正极极片所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的正极材料所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明实施例的第四方面提供了一种正极极片的制备方法，包括：将如上所述的正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂混合，得到三维石墨烯复合硫的正极浆料。将正极浆料涂覆在集流体上，对正极浆料烘干，得到正极极片。
本发明实施例提供的正极极片的制备方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的正极极片所能实现的技术效果相同，也就是与上述技术方案提供的正极材料所能实现的技术效果相同，在此不做赘述。
可选的，在上述正极浆料中，正极材料、导电剂和粘接剂的质量比为(50～95)：(2.5～40)：(2.5～10)。
可选的，对上述正极浆料的烘干温度为60～120℃，烘干时间为6～24h。
本发明实施例的第五方面提供了一种离子电池，包括：正极，包括如上所述的正极极片；负极，包括负极极片，该负极极片包括铝箔；隔膜，该隔膜位于正极和负极之间；铝塑膜，用于对上述正极、上述隔膜和上述负极进行包裹封装；电解液，填充于上述正极和上述隔膜之间，以及上述隔膜和上述负极之间。
本发明实施例提供的离子电池所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的正极极片所能达到的有益效果相同，也就是与上述技术方案提供的正极材料所能实现的技术效果相同，在此不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明实施例的一部分，本发明实施例的示意性实施例及其说明用于解释发明实施例，并不构成对本发明实施例的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种正极材料的SEM(Scanning ElectronMicroscope，扫描电镜)成象图；
图2为本发明实施例提供的一种三维石墨烯的SEM成象图；
图3为本发明实施例提供的一种三维石墨烯循环性能示意图；
图4为本发明实施例提供的一种正极材料的循环性能示意图；
图5为本发明实施例提供的一种正极材料的制备方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种正极极片的制备方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种离子电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明实施例保护的范围。
请参阅图1～图2，本发明实施例提供了一种正极材料，包括：三维石墨烯和硫，其中，三维石墨烯具有间隙和孔，硫位于该间隙和/或孔内。
上述三维石墨烯中包含有多层片状结构的石墨烯，其中，每层石墨烯具有一个取向，多层石墨烯所具有的多个取向中包括至少两种取向，示例性的，该至少两种取向可以包括与水平面平行的取向，以及与水平面呈一定角度的取向，也就是说上述三维石墨烯中的多层石墨烯处于较为杂乱的堆垛状态，而不是处于相互平行的层叠平铺状态。上述三维石墨烯具有高比表面积、较高的机械强度和高导电性能，这也就使三维石墨烯可以作为固硫的三维网络导电骨架，同时，基于三维石墨烯具有高导电性能，这样能够有效提高上述正极材料的导电性，减小正极材料的电阻，在利用该正极材料制备的正极进行充电或放电时，能够有效削弱离子电池的电池极化现象。
上述三维石墨烯中的多层石墨烯进行堆垛时，可以堆垛的较为疏松，也可以堆垛的较为紧密。当多层石墨烯堆垛的较为疏松时，便会在各层石墨烯之间形成较多的具有较大空间的间隙，当多层石墨烯堆垛的较为紧密时，便会在各层石墨烯之间形成较多的具有较小空间的孔。
在一些实施例中，上述硫可以为单质硫。在利用三维石墨烯和硫形成上述正极材料时，可以将硫填充于三维石墨烯中的间隙内，也可以将硫填充于三维石墨烯中的孔内，当然，还可以将硫同时填充于三维石墨烯中的间隙和孔内，这样便可以利用该间隙和/或孔对硫进行吸附固定，减缓正极材料在充电或放电的过程中，产生的多硫化物等中间产物在离子电池电解液中的溶解及流失，抑制正极材料在充电或放电过程中产生穿梭效应，同时，由于硫具有高比容量，这样能够利用硫提高正极材料的比容量，从而使正极材料既能具有较高的比容量，还能具有较好的循环性能。
可以理解的是，在将上述硫填充于三维石墨烯中的间隙和/或孔内时，还可以保留部分间隙和/或孔，这样可以利用该部分间隙和/或孔浸润离子电池中的电解液，以在离子电池进行充电或放电时有效提高电子的传输性能。
请参阅图3～图4，根据图3所示的三维石墨烯循环性能示意图可知，在利用三维石墨烯所形成的正极进行充电放电的循环时，在多次循环的过程中虽然其比容量基本保持不变，但是其比容量较低。根据本发明实施例提供的正极材料的循环性能示意图可知，在利用上述正极材料所形成的正极进行充电放电的循环时，虽然在前30次左右的循环过程中其比容量有所衰减，但随着循环次数的增加比容量的衰减速度减小，且比容量保持有较高的水平，即基本保持在1100mAh/g左右。由上可知，本发明实施例提供的正极材料将三维石墨烯和硫相结合，能够有效提高正极材料的比容量，同时能够利用三维石墨烯对硫进行吸附固定，抑制正极材料在充电或放电过程中的穿梭效应，有效改善正极材料的循环性能。
本发明实施例提供的正极材料由三维石墨烯和硫复合形成，三维石墨烯具有间隙和孔，硫位于三维石墨烯的间隙和/或孔内。由于三维石墨烯具有高比表面积和高导电性能，硫具有高比容量，因此利用三维石墨烯和硫复合形成的正极材料具有高比容量。并且，硫位于三维石墨烯的间隙和/或孔内，这样便可以利用三维石墨烯的间隙和/或孔对硫形成吸附固定，抑制正极材料在充电或放电过程中的穿梭效应，减缓正极材料比容量的衰减速度，从而可以确保正极材料的稳定性，改善正极材料的循环性能。因此使用上述正极材料制备正极，能够有效提高正极的比容量，有效改善该正极的循环性能，从而使得应用该正极的离子电池的比容量得以有效提高，循环性能得以有效改善。
本发明实施例还提供了一种正极材料的制备方法，请参阅图5，该制备方法具体包括：
步骤S11：选取氧化石墨烯，配制氧化石墨烯溶液。
可选的，在上述步骤S11中，所选取的氧化石墨烯中可以包含寡层氧化石墨烯，也可以包含多层氧化石墨烯，当然，还可以同时包含寡层氧化石墨烯和多层氧化石墨烯，本发明实施例对此不做限定。在选取氧化石墨烯后，便可以将该氧化石墨烯配制成氧化石墨烯溶液，为后续制备三维石墨烯做准备。
为了确保利用上述氧化石墨烯溶液制备形成的三维石墨烯具有一定的间隙和孔，在一些实施例中，该氧化石墨烯溶液的质量浓度可以为1～7mg/ml，这样可以避免因氧化石墨烯溶液的质量浓度较低，出现石墨烯层数过少难以堆垛形成三维石墨烯的情况，同时，还可以避免因氧化石墨烯溶液的质量浓度较高，出现石墨烯层数过多堆垛过于紧密或结块而难以固硫的情况。
值得一提的是，氧化石墨烯一般以分散液、胶体或粉体的形态存在，当所选取的氧化石墨烯以分散液或胶体的形态存在时，可以将氧化石墨烯直接溶解在溶剂中形成氧化石墨烯溶液。当所选取的氧化石墨烯以粉体的形态存在时，需要在氧化石墨烯粉体加入至溶剂中后，对氧化石墨烯粉体进行超声分散，以避免该粉体在溶剂中出现结块现象，进行超声分散的时间可以为10～120min。上述溶剂可以为水。
步骤S12：将氧化石墨烯溶液与还原剂混合，使氧化石墨烯与还原剂发生反应，得到三维石墨烯。
在一些实施例中，上述氧化石墨烯溶液和还原剂之间的混合及反应可以在高压反应釜内进行，示例性的，先在高压反应釜内加入一定量的氧化石墨烯溶液，然后再加入一定量的还原剂，将氧化石墨烯溶液和还原剂混合均匀后，便可以在一定条件下使氧化石墨烯和还原剂发生反应，得到三维石墨烯。
在将氧化石墨烯溶液与还原剂混合时，氧化石墨烯溶液和还原剂的体积比可以为400:4～400:1。示例性的，可以先在高压反应釜内加入70ml～80ml的氧化石墨烯溶液，随后再在高压反应釜内加入0.2～0.7ml的还原剂，使氧化石墨烯溶液和还原剂进行混合。可选的，上述还原剂可以为氧化氢、高锰酸钾、硫酸、硝酸或盐酸等。
值得一提的是，上述氧化石墨烯溶液和还原剂混合后，可以在温度为120～240℃的条件下反应12～36h，得到三维石墨烯。其中，所得到的三维石墨烯中包含多层片状结构的石墨烯，每层石墨烯具有一个取向，该取向可以为与水平面平行的取向，也可以为与水平面呈一定角度的取向，也就是说上述三维石墨烯中的多层石墨烯处于较为杂乱的堆垛状态，而不是处于相互平行的层叠平铺状态。该三维石墨烯具有较高的机械强度以及可以高达634m2/g的比表面积，能够作为固硫的三维网络导电骨架。
可以理解的是，所得到的三维石墨烯中各层石墨烯堆垛的紧密程度和反应温度的高低及反应时间的长短相关，即当反应温度较低或反应时间较短时，三维石墨烯中的各层石墨烯便会堆垛得较为疏松，在各层石墨烯之间会形成较多的具有较大空间的间隙；当反应温度较高或反应时间较长时，三维石墨烯中的各层墨烯便会堆垛得较为紧密，在各层石墨烯之间会形成较多的具有较小空间的孔；其中，氧化石墨烯溶液和还原剂的具体反应温度和具体反应时间，可以根据所需得到的三维石墨烯中各层石墨烯堆垛的紧密程度自行设定，本发明实施例对此不做限定。
优选地，本发明实施例将氧化石墨烯溶液和还原剂的反应温度设为120～240℃，反应时间设为12～36h，可以确保所得到的三维石墨烯具有较为合适的堆垛紧密程度，这样既可以避免因反应温度过低或反应时间过短，出现各层石墨烯难以堆垛成型的情况，同时，还可以避免因反应温度过高或反应时间过长，使各层石墨烯堆垛的过于紧密，在各层石墨烯之间难以形成用于固硫的间隙和/或孔，导致三维石墨烯难以固硫。
示例性的，上述氧化石墨烯和还原剂进行反应时的反应温度可以为180℃，对应的反应时间可以为24h，或反应温度可以为150℃，对应的反应时间可以为18h，或反应温度可以为120℃，对应的反应时间可以为36h，或反应温度可以为180℃，对应的反应时间可以为12h，在上述反应温度及反应时间下得到的三维石墨烯具有较为合适的堆垛紧密程度，即具有较多的间隙和/或孔，这使三维石墨烯可以具有较好的弹性和机械强度，既能够作为较好的三维网络导电骨架，还能够便于后续对硫的吸附固定。
在氧化石墨烯和还原剂反应结束得到三维石墨烯后，可以通过过滤或抽滤的方式将三维石墨烯提取出来，并对三维石墨烯进行清洗，去除三维石墨烯表面残留的氧化石墨烯溶液或还原剂等残留物，之后便可以对清洗后的三维石墨烯进行干燥处理，得到较为干燥清洁的三维石墨烯。可选的，在对三维石墨烯进行干燥处理时，可以利用冷冻干燥、真空干燥或鼓风干燥等干燥方式进行干燥处理。
步骤S13：将三维石墨烯与硫混合进行三维石墨烯固硫，得到三维石墨烯复合硫的正极材料。
上述三维石墨烯固硫是指将硫填充于三维石墨烯中的间隙和/或孔内，以利用该间隙和/或孔对硫进行吸附固定，抑制正极材料在充电或放电过程中的穿梭效应，减缓正极材料产生的多硫化物等中间产物在离子电池电解液中的溶解及流失，从而改善正极材料的循环性能。
可以理解的是，在将上述硫填充于三维石墨烯中的间隙和/或孔内时，还可以保留部分间隙和/或孔，这样能够利用该部分间隙和/或孔浸润离子电池中的电解液，以有效提高电子的传输性能。
在一些实施例中，上述硫可以为单质硫。在将三维石墨烯和硫进行混合时，三维石墨烯和硫的质量比可以为1:10～1:1，这样在三维石墨烯复合硫形成正极材料后，可以确保适量的硫能够提高正极材料的比容量，同时还可以确保硫能够填充于三维石墨烯中的间隙和/或孔内，避免过量的硫无法与三维石墨烯复合，导致该过量的硫在充电或放电的过程中产生穿梭效应。
为了使三维石墨烯能够与硫较为充分的混合，可以利用球磨或研磨的方式对三维石墨烯和硫进行混合，以使硫能够较为均匀的分布在三维石墨烯的周围，这样在进行固硫的过程中，可以使硫较为均匀的填充于三维石墨烯中的间隙和/或孔内。
值得一提的是，在进行三维石墨烯固硫时，需要将硫进行熔化，同时还需避免在对硫进行熔化的过程中，使三维石墨烯发生碳化，因此，可以在温度为120～175℃的环境中进行三维石墨烯固硫。示例性的，以三维石墨烯固硫的温度为155℃，反应时间为2～12h为例，在该反应温度和反应时间下，既可使固态的硫熔化为液态的硫，还可避免三维石墨烯发生碳化，此时便可以利用毛细现象的原理，使得液态的硫能够利用毛细管力较为充分得扩散填充至三维石墨烯中的间隙和/或孔内，然后便可以利用该间隙和/或孔对硫进行吸附固定，形成导电材料负载活性物质的复合材料，即三维石墨烯复合硫的正极材料。
可以理解的是，三维石墨烯固硫可以在惰性气体的氛围中进行，以避免三维石墨烯和硫在上述温度范围内，与氧气发生反应。示例性的，可以将三维石墨烯和硫盛放在磁舟或石英舟等容器内，并将该容器放置于管式炉、马弗炉或烘箱等装置中，之后便可以在该装置中通入氮气、氩气或氦气等惰性气体，使得三维石墨烯和硫在相应的温度下进行固硫，反应结束后，在保持通入惰性气体的条件下自然冷却至室温，得到三维石墨烯复合硫的正极材料。
本发明实施例提供的正极材料的制备方法，在选取氧化石墨烯并配制氧化石墨烯溶液后，将氧化石墨烯溶液和还原剂进行混合反应，可以得到由多层石墨烯较为杂乱堆垛的具有间隙和孔的三维石墨烯，之后将三维石墨烯和硫混合，可以利用三维石墨烯中的间隙和孔对硫进行吸附固定，实现三维石墨烯固硫，得到三维石墨烯复合硫的正极材料。
由上可知，利用本发明实施例提供的正极材料的制备方法，能够形成具有间隙和孔的三维石墨烯，该三维石墨烯能够作为三维网络导电骨架，将硫吸附固定在上述间隙和/或孔内形成正极材料，以在利用硫提高正极材料的比容量的同时，抑制正极材料在充电或放电过程中的穿梭效应，减缓正极材料比容量的衰减速度，确保正极材料的稳定性，改善正极材料的循环性能。
本发明实施例还提供了一种正极极片，该正极极片包括集流体以及覆盖于该集流体上的正极浆料，该正极浆料包括上述正极材料，以及导电剂、粘接剂和溶剂。
可以理解的是，通过在正极浆料中混合导电剂，可以增强正极浆料的导电性，加快电子的移动速率，以确保正极极片具有良好的充放电性能。示例性的，上述导电剂可以为Super-P(导电炭黑)、碳纳米管、炭黑、乙炔黑或银浆等。
可以理解的是，通过在正极浆料中混合粘接剂，可以将正极材料和导电剂进行粘接，并将正极浆料与集流体进行粘接，避免正极材料与导电剂分离，并避免正极浆料从集流体上脱落。示例性的，上述粘接剂可以为羧甲基纤维素钠(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)等。
可以理解的是，通过在正极浆料中混合溶剂，可以将正极材料、导电剂和粘接剂进行溶解，以便于将正极浆料涂覆在集流体上。示例性的，上述溶剂可以为去离子水或N-甲基吡咯烷酮等。
示例性的，上述集流体可以为钼片、泡沫钼片、铂片、银片、镍片、泡沫镍、导电碳布、石墨纸、石墨烯衬底或碳纳米管衬底等。
本发明实施例提供的正极极片，包括集流体，以及在集流体上涂覆的包括上述实施例提供的正极材料制作形成的正极浆料，由于上述正极材料包括含有间隙和孔的三维石墨烯，以及被吸附固定于该间隙和/或孔内的硫，使该正极材料既能具有较高的比容量，还能抑制在充电或放电过程中产生的穿梭效应，减缓充电或放电过程中产生的多硫化物等中间产物在离子电池电解液中的溶解及流失，使该正极材料具有较好的循环性能，这也就使包括该正极材料的正极浆料，以及包括该正极浆料的正极极片，不仅具有较高的比容量，还具有较好的循环性能。
本发明实施例还提供了一种正极极片的制备方法，请参阅图6，该制备方法包括：
步骤S21：将上述实施例提供的正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂混合，得到三维石墨烯复合硫的正极浆料。
步骤S22：将正极浆料涂覆在集流体上，对正极浆料烘干，得到正极极片。
为了有效改善粘接剂与离子电池中的电解液不相容而导致正极浆料容易从集流体上脱落的问题，在得到三维石墨烯复合硫的正极浆料时，可以先将上述实施例提供的正极材料、导电剂和粘接剂进行混合，之后将混合后的正极材料、导电剂和粘接剂溶解到上述溶剂中，其中，正极材料、导电剂和粘接剂的质量比可以为(50～95)：(2.5～40)：(2.5～10)。示例性的，将质量比为70:20:10的正极材料、导电剂和粘接剂进行混合，之后将混合后的正极材料、导电剂和粘接剂溶解至一定量的溶剂中，形成三维石墨烯复合硫的正极浆料，该正极浆料中的正极材料、导电剂和粘接剂的质量可以占正极浆料总质量的20％～35％。
在一些实施例中，上述导电剂可以为Super-P(导电炭黑)、碳纳米管、炭黑、乙炔黑或银浆等。上述粘接剂可以为羧甲基纤维素钠(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)等。上述溶剂可以为去离子水或N-甲基吡咯烷酮等。
为了得到混合较为均匀的正极浆料，在对正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂进行混合时，可以通过球磨、研磨或高速剪切等混合方法进行混合，以使得正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂混合的较为充分。
可以理解的是，在将正极浆料涂覆在集流体上时，可以采用手动涂覆的方式进行涂覆，当然，也可以采用涂膜仪进行涂覆。正极浆料在集流体上的涂覆面密度可以为2～4mg/cm2，涂覆面积的大小可以根据所制备的离子电池的大小确定。
需要说明的是，在集流体上涂覆好正极浆料，并对正极浆料进行烘干后，便可以得到正极极片。其中，正极浆料的烘干温度可以为60～120℃，烘干时间可以为6～24h。示例性的，在温度为80℃的条件下将正极浆料烘干12h，这样可以避免烘干温度太高，使最终得到的正极极片出现开裂的现象，同时还可以避免因烘干时间太长，使正极浆料过于干燥并从集流体上脱落的现象。
本发明实施例提供的正极极片的制备方法，通过将上述实施例提供的正极材料，与导电剂和粘接剂按照一定的质量比进行混合，然后将正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂进行混合，得到正极浆料，之后将该正极浆料涂覆在集流体上，并对正极浆料进行烘干，便可以得到正极极片。由于上述正极材料包括含有间隙和孔的三维石墨烯，以及被吸附固定于该间隙和/或孔内的硫，使得该正极材料既能具有较高的比容量，还具有较好的循环性能，这也就使本发明实施例提供的制备方法所得到的正极极片，不仅具有较高的比容量，还具有较好的循环性能。
本发明实施例还提供了一种离子电池，该离子电池包括正极、负极、隔膜、铝塑膜以及电解液。其中，上述正极包括上述实施例提供的正极极片。上述负极包括负极极片，该负极极片包括铝箔。上述隔膜位于正极和负极之间，用于将正极和负极隔开。上述铝塑膜用于对正极、隔膜和负极进行包裹封装。上述电解液填充于正极和隔膜之间，以及隔膜和负极之间。
可以理解的是，上述离子电池可以为圆柱型离子电池或方型离子电池。示例性的，以离子电池为圆柱型离子电池为例，上述正极、隔膜和负极同轴设置，共同构成离子电池的电池芯，其中正极可以位于负极的内部。
上述离子电池可以具有多种型号，不同型号的离子电池则对应有不同面积大小的正极，进而对应有不同面积大小的正极极片。上述正极还可以在正极极片的边缘连接正极极耳，在进行连接时，可以通过焊接或粘接的方式将该正极极耳连接到正极极片上。该正极极耳可以为镍极耳。
上述负极包括负极极片，该负极极片包括铝箔，该铝箔可以是纯度为99.9％～99.99％的高纯铝箔。由于圆柱型离子电池中的正极位于负极的内部，因此负极极片的面积会大于正极极片的面积。上述负极还可以在负极极片的边缘连接负极极耳，在进行连接时，也可以通过焊接或粘接的方式将该负极极耳连接到负极极片上。该负极极耳可以为铝极耳。
可选的，上述隔膜可以为纳米无纺布、无尘纸或玻璃纤维隔膜等。
值得一提的是，在填充电解液时，所填充的电解液的体积可以为正极极片孔隙体积、负极极片孔隙体积以及隔膜孔隙体积的体积之和。可选的，上述电解液可以为质量比为1.1:1～1.5:1的无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物，其中，3-甲基咪唑类化合物可以包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐等。
本发明实施例提供的离子电池，以上述实施例提供的正极极片制作正极，由于上述正极极片不仅具有较高的比容量，还具有较好的循环性能，这也就使得上述离子电池可以具有较高的比容量，以及较好的循环性能，在该离子电池进行充电或放电时，可以确保该离子电池的比容量具有较好的稳定性。
本发明实施例还提供了一种离子电池的制备方法，请参阅图7，该制备方法包括：
步骤S31：对上述实施例提供的正极极片进行裁剪，制备得到正极。
步骤S32：对负极极片进行裁剪，制备得到负极。
步骤S33：在正极和负极之间设置隔膜，对正极、隔膜和负极共同卷绕得到电池芯。
步骤S34：利用铝塑膜对电池芯进行包裹封装，并对封装后的电池芯进行干燥处理。
步骤S35：对干燥处理后的电池芯进行电解液注入填充，在填充完成后将铝塑膜密封完全，得到离子电池。
可以理解的是，利用本发明实施例提供的离子电池的制备方法可以制备圆柱型离子电池或方型离子电池。示例性的，以制备的离子电池为圆柱型离子电池为例，在上述步骤S33中，可以先将上述负极、隔膜和正极以自下而上的顺序叠层放置，然后对负极、隔膜和正极同时卷绕形成三者同轴的电池芯，其中，正极可以位于负极的内部。
本发明实施例提供的制备方法可以制备多种型号的离子电池，不同型号的离子电池则对应有不同面积大小的正极，进而可以对应裁剪不同面积大小的正极极片，以得到正极。上述正极还可以在正极极片的边缘连接正极极耳，在进行连接时，可以通过焊接或粘接的方式将该正极极耳连接到正极极片上。该正极极耳可以为镍极耳。
上述负极极片可以包括铝箔，该铝箔可以是纯度为99.9％～99.99％的高纯铝箔，通过对铝箔进行裁剪得到对应面积大小的负极极片即可得到负极。由于圆柱形离子电池中的正极位于负极的内部，因此负极极片的面积会大于正极极片的面积。上述负极还可以在负极极片的边缘连接负极极耳，在进行连接时，也可以通过焊接或粘接的方式将该负极极耳连接到负极极片上。该负极极耳可以为铝极耳。
可选的，上述步骤S33中的隔膜可以为纳米无纺布、无尘纸或玻璃纤维隔膜等。
在上述步骤S34中，对封装后的电池芯进行干燥处理以去除电池芯中的水分时，可以将其放置在真空烘箱中进行干燥处理，干燥处理的时间可以为12～24h。
值得一提的是，在填充电解液时，可以将电池芯放置在手套箱中进行填充。其中，所填充电解液的用量可以根据正极和负极的大小以及正极极片上正极浆料的涂覆量来综合考虑，具体可以根据正极极片孔隙体积、负极极片孔隙体积以及隔膜孔隙体积的体积之和来确定。在电解液填充完成并将铝塑膜密封完全后，可以将离子电池在温度为40～50℃的条件下静置5～24h，以使电解液能够浸润填充到正极极片孔隙、负极极片孔隙以及隔膜孔隙中。
可选的，上述电解液可以为质量比为1.1:1～1.5:1的无水氯化铝和3-甲基咪唑类化合物，其中，3-甲基咪唑类化合物可以包括1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐等。
本发明实施例提供的离子电池的制备方法，将上述实施例提供的正极极片制作正极，由于上述正极极片不仅具有较高的比容量，还具有较好的循环性能，这也就使得根据本发明实施例提供的离子电池的制备方法制备得到的离子电池能够具有较高的比容量，以及较好的循环性能，在该离子电池进行充电或放电时，可以确保该离子电池的比容量具有较好的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种正极材料，其特征在于，包括：三维石墨烯和硫；其中，所述三维石墨烯具有间隙和孔；所述硫位于所述间隙和/或所述孔内。
2.一种正极材料的制备方法，其特征在于，包括：
选取氧化石墨烯，配制氧化石墨烯溶液；
将氧化石墨烯溶液与还原剂混合，使氧化石墨烯与还原剂发生反应，得到三维石墨烯；
将三维石墨烯与硫混合进行三维石墨烯固硫，得到三维石墨烯复合硫的正极材料。
3.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为1～7mg/ml，和/或，所述氧化石墨烯溶液和所述还原剂的体积比为400:4～400:1。
4.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液和所述还原剂在温度为120～240℃的条件下进行反应，反应时间为12～36h。
5.根据权利要求2所述的正极材料的制备方法，其特征在于，所述三维石墨烯和所述硫的质量比为1:10～1:1，和/或，所述三维石墨烯和所述硫在温度为120～175℃的条件下进行三维石墨烯固硫。
6.一种正极极片，其特征在于，包括：集流体，及覆盖于所述集流体上的正极浆料，所述正极浆料包括如权利要求1所述的正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂。
7.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括：
将如权利要求1所述的正极材料、导电剂、粘接剂和溶剂混合，得到三维石墨烯复合硫的正极浆料；
将所述正极浆料涂覆在集流体上，对所述正极浆料烘干，得到正极极片。
8.根据权利要求7所述的正极极片的制备方法，其特征在于，在所述正极浆料中，所述正极材料、所述导电剂和所述粘接剂的质量比为(50～95)：(2.5～40)：(2.5～10)。
9.根据权利要求7所述的正极极片的制备方法，其特征在于，对所述正极浆料的烘干温度为60～120℃，烘干时间为6～24h。
10.一种离子电池，其特征在于，包括：
正极，包括如权利要求6所述的正极极片；
负极，包括负极极片，所述负极极片包括铝箔；
隔膜，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间；
铝塑膜，用于对所述正极、所述隔膜和所述负极进行包裹封装；
电解液，填充于所述正极和所述隔膜之间，以及所述隔膜和所述负极之间。
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