[0023]二次涂布:
(I)將石墨烯與升華硫按照質(zhì)量比為1:10的比例在攪拌機里混合均勻，放在管式爐里，在惰性氣體氛圍內(nèi)，以10°c /min的升溫速率升溫，在155°C恒溫6小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在200°C恒溫2小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在300°C恒溫2小時，冷卻至室溫，得到鋰硫電池石墨稀/硫復合材料，其中硫的含量為91 wt.%，所采用的石墨烯片的層數(shù)為4?7層，結(jié)晶性好，比表面積約580 m2/g，電導率約7480S/m。
[0024](2)將得到的石墨烯/硫復合材料、SP粘結(jié)劑、PVDF按質(zhì)量比為8:1:1混合，在NMP中通過磁力攪拌調(diào)漿，然后采用涂布器，將漿料涂布在一次涂布得到的集流體上，然后放在60°C的真空干燥箱干燥24小時。
[0025]電化學性能測試:
將準備好的正極片壓實，裁片，以鋰片為負極，采用Celgard隔膜，電解液選用濃度為lmol L—1的1，3-二氧戊環(huán)(DOL)-乙二醇二甲醚(DME)基二(三氟甲基磺酸)亞胺鋰(LiTFSI)電解液，記為LiTFSI/DOL-DME (體積比1:1)，并且添加0.1mol Γ1的LiNO 3，組裝成扣式電池，測試電池性能。其中正極極片中的硫含量為73wt%。在0.2C倍率下進行充放電，二次涂布的石墨烯鋰硫電池的首次放電容量為1525 mAh/g，單質(zhì)硫的利用率為91%，庫侖效率為92%，100次循環(huán)后放電容量為884 mAh/g, 500次循環(huán)后放電容量為452 mAh/go所以本方法制備的鋰硫電池的首次放電容量高，單質(zhì)硫的利用率高且具有良好的循環(huán)性會K。
[0026]實施例3
一次涂布:
(I)將0.1g PVDF (聚偏氟乙烯)加入到1.15g的NMP (N-甲基吡咯烷酮)中，恒溫40°C，磁力攪拌4h，配成PVDF溶液。
[0027](2)將0.9g石墨稀加入4.5g NMP中，磁力攪拌6小時，放入超聲振蕩器中，超聲功率約100 W，超聲振蕩I小時，之后加入1.25g PVDF溶液和適量的NMP調(diào)節(jié)漿料粘度，繼續(xù)磁力攪拌2h，將調(diào)制好的漿料通過流延法涂布在鋁箔上，在120°C的真空干燥箱進行干燥2h,即得到石墨烯涂層鋁箔集流體。所采用的石墨烯片的層數(shù)為4?7層，結(jié)晶性好，比表面積約為380 m2/g，電導率約為3520 S/m，石墨稀涂層的厚度為8 μm。
[0028]二次涂布:
(I)將石墨烯與升華硫按照質(zhì)量比為1:10的比例在攪拌機里混合均勻，放在管式爐里，在惰性氣體氛圍內(nèi)，以10°c /min的升溫速率升溫，在155°C恒溫6小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在200°C恒溫2小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在300°C恒溫2小時，冷卻至室溫，得到鋰硫電池石墨稀/硫復合材料，其中硫的含量為90 wt.%，所采用石墨烯片的層數(shù)為4?7層，結(jié)晶性好，比表面積約580 m2/g，電導率約7480S/m。
[0029](2)將得到的石墨烯/硫復合材料、SP粘結(jié)劑、PVDF按質(zhì)量比為8:1: 1，在NMP中通過磁力攪拌調(diào)漿，然后采用涂布器，將漿料涂布在一次涂布得到的集流體上，然后在60°C的真空干燥箱干燥24小時。
[0030]電化學性能測試:
將準備好的正極片壓實，裁片，以鋰片為負極，采用Celgard隔膜，電解液選用濃度為lmol L—1的1，3-二氧戊環(huán)(DOL)-乙二醇二甲醚(DME)基二(三氟甲基磺酸)亞胺鋰(LiTFSI)電解液，記為LiTFSI/DOL-DME (體積比1:1)，并且添加0.1moir1的LiNO 3，組裝成扣式電池，測試電池性能。其中正極片中的硫含量為72wt.%。在0.2C倍率下進行充放電，二次涂布石墨烯鋰硫電池的首次放電容量1596mAh/g，單質(zhì)硫的利用率為95%，庫侖效率為93%，100次循環(huán)后放電容量為1058 mAh/g。所以本方法制備的鋰硫電池的首次放電容量尚，單質(zhì)硫的利用率尚并且具有良好的循環(huán)性能。
[0031]對比例I
(I)將石墨烯與升華硫按照質(zhì)量比為1:9的比例在攪拌機里混合均勻，放在管式爐里，在惰性氣體氛圍內(nèi)，以10°C /min的升溫速率升溫，在155°C恒溫6小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在200°C恒溫2小時，之后，以10°C /min的升溫速率升溫，在300°C恒溫2小時，冷卻至室溫，得到鋰硫電池石墨稀/硫復合材料，其中硫的含量為81 wt.%，所采用的石墨烯片的層數(shù)為4?7層、結(jié)晶性好，比表面積約580 m2/g，電導率約7480S/m。
[0032](2)將得到的石墨烯/硫復合材料、SP粘結(jié)劑、PVDF按質(zhì)量比為8:1: 1，在NMP中通過磁力攪拌調(diào)漿，然后采用涂布器，將漿料涂布在正常鋁箔集流體上，然后放在60°C的真空干燥箱干燥24小時。
[0033](3)若將極片壓實，容易起皮。將未經(jīng)壓實的正極片裁片，以鋰片為負極，采用Celgard隔膜，電解液為Imoir1的LiTFSI/DOL-DME (體積比1:1)，并且添加0.1moHLiNO3，組裝成扣式電池，測試電池性能。其中正極片中的硫含量為65wt.%。在0.2C倍率下進行充放電，石墨烯鋰硫電池的首次放電容量950 mAh/g，單質(zhì)硫的利用率為63%，庫侖效率為93%，100次循環(huán)后放電容量為510 mAh/g。
【主權(quán)項】
1.一種高容量石墨烯鋰硫電池正極材料，其特征在于:包括一次涂布的石墨烯薄膜和二次涂布的石墨烯/硫復合材料，其中，二次涂布是將正極材料涂布于一次涂布得到的鋁箔集流體上，正極材料包括石墨稀/硫復合材料，粘結(jié)劑和導電劑，其質(zhì)量比為8:1:1，其中一次涂布的石墨稀薄膜厚度為2-20 μπι，二次涂布的正極材料中硫的含量為65-80%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量石墨烯鋰硫電池正極材料，其特征在于:所述石墨烯比表面積為300?600m2/g，電導率為3000?8000 S/m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高容量石墨烯鋰硫電池正極材料，其特征在于:一次涂布的石墨稀薄膜厚度為4-10 μπι。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的高容量石墨烯鋰硫電池正極材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)一次涂布:將石墨烯加入到NMP中，磁力攪拌4-12h，然后，放入超聲振蕩器中，超聲功率約100?600W，超聲振蕩I?2小時，將石墨烯與漿料充分混合得到石墨烯分散漿料，石墨烯分散漿料的固含量為1-6 wt.%，通過流延法、噴涂、旋涂或刮涂方法涂布在鋁箔上，在120°C的真空干燥箱干燥2h，即得到一次涂布集流體； (2)二次涂布:將石墨烯與升華硫按照質(zhì)量比為1:9?10的比例混合均勻，置于管式爐內(nèi)，在惰性氣氛下程序升溫，以8?12°C /min的升溫速率升溫，在155°C恒溫2?12小時；之后，以8?12°C /min的升溫速率升溫，在200°C恒溫O?6小時；之后，以8?12°C /min的升溫速率升溫，在300°C恒溫2?6小時，冷卻至室溫，再進行研磨，過篩，得到石墨烯/硫復合材料；將得到的石墨稀/硫復合材料與SP粘結(jié)劑、PVDF按質(zhì)量比為8:1:1混合，在NMP中通過磁力攪拌調(diào)漿，然后采用涂布器，將漿料涂布在一次涂布得到的集流體上，然后放在60°C的真空干燥箱干燥24小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高容量石墨烯鋰硫電池正極材料的制備方法，其特征在于:所述石墨烯分散漿料的固含量為1-4 wt.%?
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學應用技術(shù)領域，公開了一種高容量石墨烯鋰硫電池正極材料及其制備方法。包括一次涂布的石墨烯薄膜和二次涂布的石墨烯/硫復合材料，先將石墨烯與漿料充分混合得到石墨烯分散漿料，涂布在鋁箔上，在真空干燥箱干燥，得到一次涂布集流體，在將石墨烯與硫混合制得石墨烯/硫復合材料，將石墨烯/硫復合材料，粘結(jié)劑和導電劑混合攪拌調(diào)漿，將漿料涂布在一次涂布得到的集流體上，真空干燥。本發(fā)明解決了漿料與集流體之間粘結(jié)性不好的問題，增加了活性物質(zhì)與集流體之間的導電性，有效的緩解多硫化物的遷移，提高活性硫的利用率，價格低廉，有利于大規(guī)模應用于鋰硫二次電池正極材料中。
【IPC分類】H01M4-583, H01M4-36
【公開號】CN104752725
【申請?zhí)枴緾N201510112916
【發(fā)明人】陳欣, 李星, 蔡京易, 王春雨, 文懷梁, 易江平, 趙成龍, 王瑛
【申請人】山東玉皇新能源科技有限公司, 山東玉皇化工有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月16日