【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂硫电池，具体涉及一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着社会的快速发展，化石能源用量逐渐增加，所导致的温室效应也逐渐加重。而便携式电子产品的普及和汽车动力单元的改革，极大的坚定了各国开发高容量、高能量密度、长循环性能的新型储能设备的决心。
2、锂硫电池因具有高理论比容量(1675mahg-1)和能量密度(2567whkg-1)以及正极活性物质具有成本低廉、无毒、对环境友好等优点被认为是下一代最有应用前景的储能设备之一。然而反应过程中产生的体积膨胀，以及多硫化物溶解扩散产生的穿梭效应限制了锂硫电池的商业化进程。
3、过渡金属氢氧化物富含大量亲水性羟基基团，研究表明极性的羟基基团对多硫化物具备强烈的化学吸附作用，而氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，这些官能团能为化学吸附多硫化物提供众多的活性位点，有效的吸附多硫化物，抑制穿梭效应的产生，极大的提升锂硫电池的电化学性能。
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题，提供一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料及其制备方法，该制备方法采用静电自组装作用将硫/花状fe(oh)3(s@fe(oh)3)和氧化石墨烯(go)相复合，制得硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯(s@fe(oh)3/go)复合材料，利用复合材料中fe(oh)3和go作为硫载体，通过二者的协同作用实现对多硫化物的物理限制和化学吸附，提高电池的电化学性能。
3、一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)制备花状fe(oh)3：将铁盐和na2co3分别溶解在无水乙醇和超纯水中，超声10-20min，待完全溶解后，得到铁盐无水乙醇溶液和透明na2co3水溶液；将配置的na2co3水溶液用滴管缓慢滴加到铁盐无水乙醇溶液中，在室温下搅拌1-2h，随后转移到高压反应釜的聚四氟乙烯的内衬中进行水热反应，反应结束后通过离心、清洗、干燥，得到花状fe(oh)3；
5、(2)制备硫/花状fe(oh)3复合材料：将步骤(1)得到的花状fe(oh)3与单质硫进行研磨混合，混合均匀后倒入坩埚中，将坩埚置于管式炉中通入惰性气体加热进行硫化处理，待反应结束温度冷却至室温后，取出样品，得到硫/花状fe(oh)3复合材料；
6、(3)通过改进的hummers法合成氧化石墨烯悬浊液；
7、(4)制备锂硫电池正极材料：将步骤(2)得到的硫/花状fe(oh)3缓慢加入到步骤(3)制得的氧化石墨烯悬浊液中，在室温下磁力搅拌20-24小时，冷冻干燥后得到的混合物即为所述的硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料。
8、本专利技术中，进一步的，所述铁盐为fecl3或fe2(so4)3。
9、本专利技术中，进一步的，所述铁盐的用量为0.6-0.8g，无水乙醇的用量为600-800ml，所述na2co3的用量为0.8-1g，超纯水的用量为6-8ml。
10、本专利技术中，进一步的，步骤(1)中所述水热反应的条件为：水热温度为110-130℃，水热时间为4-6h。
11、本专利技术中，进一步的，步骤(2)中所述花状fe(oh)3和单质硫的质量比为1:3-4。
12、本专利技术中，进一步的，步骤(2)中所述硫化处理中，硫化温度为130-150℃，硫化时间为12-18h，升温速率为2-4℃/min。
13、本专利技术中，进一步的，步骤(2)中所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。
14、本专利技术中，进一步的，步骤(3)中氧化石墨烯悬浊液合成的具体步骤为：首先量取23-69ml浓硫酸加入到烧杯中，将其置于冰浴环境中，依次向烧杯中加入0.5-1.5g硝酸钠与1-3g石墨粉，持续磁力搅拌40-60min；将磁子转速降低，并在持续搅拌的过程中分多次缓慢加入3-9g高锰酸钾，继续搅拌1.5-3h直至反应物变成墨绿色，在反应过程中保持温度不超过10℃；撤去冰浴，升温至35℃继续激烈搅拌2-3h；将反应温度升至40-50℃，随后缓慢加入50ml去离子水，继续搅拌40min，再次加入150ml去离子水，持续搅拌1-2h，然后逐滴滴加5-15ml h2o2溶液(30wt％)，持续搅拌1-3h，搅拌结束后得到氧化石墨溶液；将所得的氧化石墨溶液依次用3-5wt％稀盐酸溶液、去离子水与无水乙醇进行反复交替洗涤，将洗涤后的氧化石墨溶液装入透析袋中，置于去离子水环境中透析处理5-7天；将透析结束后的氧化石墨溶液进行超声剥离处理，剥离后得到氧化石墨烯悬浊液。
15、本专利技术中，进一步的，步骤(4)中硫/花状fe(oh)3的用量为0.5-1.5g，氧化石墨烯悬浊液的用量为100ml，浓度为0.5-1.5mg/ml。
16、本专利技术还提供了一种上述所述的方法制备得到的硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料。
17、通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
18、本专利技术中，通过采用水热法制备花状fe(oh)3，再将硫与花状fe(oh)3复合，再与氧化石墨烯复合，得到硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯(s@fe(oh)3/go)复合材料，该s@fe(oh)3/go复合材料不仅能利用花状fe(oh)3丰富的孔隙结构储存活性物质，缓解反应过程中产生的体积膨胀，还能利用包裹在s@fe(oh)3表面的go对多硫化物实施物理禁锢，限制其溶解到电解液中，缓解穿梭效应。此外，花状fe(oh)3表面的羟基基团以及go富含的含氧官能团对多硫化物产生化学吸附作用。因此，本专利技术制备的s@fe(oh)3/go复合材料，通过花状fe(oh)3和氧化石墨烯之间的协同作用，抑制多硫化物的溶解和扩散所产生的穿梭效应，增强锂硫电池的电化学性能。
19、电化学测试表明，本专利技术制备的硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料表现出优秀的电化学性能，电池在0.1c测试电流下的初始放电比容量达到1515.4mahg-1，循环100圈后，仍能维持882.1mah g-1的放电比容量。
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1.一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐为FeCl3或Fe2(SO4)3。
3.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐的用量为0.6-0.8g，无水乙醇的用量为600-800mL，所述Na2CO3的用量为0.8-1g，超纯水的用量为6-8mL。
4.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水热反应的条件为：水热温度为110-130℃，水热时间为4-6h。
5.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述花状Fe(OH)3和单质硫的质量比为1:3-4。
6.根据权利要求3所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电
7.根据权利要求3所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中氧化石墨烯悬浊液合成的具体步骤为：首先量取23-69mL浓硫酸加入到烧杯中，将其置于冰浴环境中，依次向烧杯中加入0.5-1.5g硝酸钠与1-3g石墨粉，持续磁力搅拌40-60min；将磁子转速降低，并在持续搅拌的过程中分多次缓慢加入3-9g高锰酸钾，继续搅拌1.5-3h直至反应物变成墨绿色，在反应过程中保持温度不超过10℃；撤去冰浴，升温至35℃继续激烈搅拌2-3h；将反应温度升至40-50℃，随后缓慢加入50mL去离子水，继续搅拌40min，再次加入150mL去离子水，持续搅拌1-2h，然后逐滴滴加5-15mL H2O2溶液，持续搅拌1-3h，搅拌结束后得到氧化石墨溶液；将所得的氧化石墨溶液依次用3-5wt％稀盐酸溶液、去离子水与无水乙醇进行反复交替洗涤，将洗涤后的氧化石墨溶液装入透析袋中，置于去离子水环境中透析处理5-7天；将透析结束后的氧化石墨溶液进行超声剥离处理，剥离后得到氧化石墨烯悬浊液。
9.根据权利要求1所述的一种硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中硫/花状Fe(OH)3的用量为0.5-1.5g，氧化石墨烯悬浊液的用量为100mL，浓度为0.5-1.5mg/mL。
10.一种根据权利1-9任意一项所述的方法制备得到的硫/花状Fe(OH)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述铁盐为fecl3或fe2(so4)3。
3.根据权利要求1所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铁盐的用量为0.6-0.8g，无水乙醇的用量为600-800ml，所述na2co3的用量为0.8-1g，超纯水的用量为6-8ml。
4.根据权利要求1所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述水热反应的条件为：水热温度为110-130℃，水热时间为4-6h。
5.根据权利要求1所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述花状fe(oh)3和单质硫的质量比为1:3-4。
6.根据权利要求3所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫化处理中，硫化温度为130-150℃，硫化时间为12-18h，升温速率为2-4℃/min。
7.根据权利要求3所述的一种硫/花状fe(oh)3/氧化石墨烯锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种。...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜锐，王江乐，周焕福，石张延，徐程颖，任绒艇，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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