锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池的制作方法
锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池。本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。本发明以氧化石墨烯或石墨烯、纳米硫粉、表面活性剂和还原剂为原料，将原料混合后进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。石墨烯优异的导电性提高了正极材料的电子传导率，其独特的二维结构能够缓解多硫离子的溶解，抑制了电容量的逐步衰减，提高了电池的循环性能。实验结果表明，该正极活性材料在0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
【专利说明】锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子二次电池【技术领域】，尤其涉及锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电 池。
【背景技术】
[0002]当前通讯、便携式电子设备、电动汽车和空间技术等领域的迅猛发展，对电池的性能提出了越来越高的要求，发展具有高比能量、低成本和环境友好的新型锂离子二次电池具有非常重要的意义。
[0003]在锂离子二次电池体系中，正极材料的性能一直是制约电池发展的瓶颈。传统的过渡金属氧化物基正极材料如LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4等由于其理论储锂容量的限制，使得以其为锂离子二次电池的正极材料难以使锂电池在能量密度上取得突破性进展。为了提高锂离子二次电池的性能，现有技术发展了锂硫电池，其属于二次锂电池体系，由单质硫(理论比容量为1675mAh/g)、金属锂(理论比容量为3860mAh/g)和有机电解液组成，具有比能量高(理论值为2600Wh/kg)、成本低、对环境友好的特点，可满足市场对化学电源轻量化、小型化、低成本和无毒的要求。但是锂硫电池存在以下3个问题:(I)单质硫在室温不导电，因此锂硫电池活性物质利用率很低并且电化学性能不佳；(2)锂硫电池充放电过程产生的多硫化锂易溶于有机电解液，使电极的活性物质逐渐减少，导致电池的容量逐步衰减，循环性能变差；(3)在循环过程中，锂硫电池中硫电极的体积形变高达22%，可能使硫电极内部产生微裂纹，这种微裂纹的存在破坏了电极的整体性，最终加剧锂硫电池的容量衰减。
[0004]为了克服锂硫电池存在的上述缺点，现有技术公开多种采用多孔碳或介孔碳对硫正极材料的改进方法。如如Ji等采用有序介孔碳CMK-3 (孔间距6.5nm，孔径3-4nm)作为导电相，将加热熔化的硫渗入介孔中，得到含硫量为70wt%的CMK-3/S复合材料，复合材料20次可逆循环比容量为800mAh/g (Ji X L, Lee K T, Nazar L F.NatureMater.，2009,8:500^506.) ；Lai等用加热的方法将硫与一种高比表面积的多孔碳复合得到S/HPC复合物，由于多孔碳具有高的比表面积，硫能与之充分接触，为电化学过程提供了必要的电子传输途径。多孔碳的比表面积越大，与硫接触面越多，对提高电池的性能越有利(Lai C，Gao X P, Zhang B, Yan T T，Zhou Ζ.J..Phys.Chem.C，2009，113:4712~4716.)；Liang等采用具有两级孔径的介孔碳作为导电相，这种介孔碳具有7.3nm和2nm的两种尺寸的孔。当导电相中存在两种尺寸的孔时，其中的微小孔作为硫的存储空间，而大孔则作为溶于电解液的多硫化物的储存器，这样的结构有利于将多硫化物限制在硫正极内部而不会扩散出电极，从而不会造成活性物质的损失和对负极的腐蚀，可明显提高硫电极的循环稳定性，含硫量为11.7wt%的复合材料经过50次循环后可逆比容量为780mAh/g。但这种介孔碳或多孔碳材料得到的正极材料制备的锂硫电池的循环性能较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料同时具有较好的电化学性能、较高的容量和较高的循环性能。
[0006]本发明提供了一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯；
[0007]负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。
[0008]优选的，所述石墨烯与纳米硫颗粒的质量比为1: 0-5).[0009]优选的，所述石墨烯的直径为I μ m50 μ m。
[0010]优选的，所述纳米硫颗粒的大小为5nnTl00nm。
[0011]本发明提供了一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: [0012]将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；
[0013]将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
[0014]优选的，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度为lg/L~50g/L。
[0015]优选的，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
[0016]优选的，所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比为1:(0.001 ~0.005): (0.50~2): 0-3)；
[0017]所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.001~0.005): 0-δ)0
[0018]优选的，所述水热反应的温度为100°C ^200oC ；
[0019]所述水热反应的时间为6tT24h。
[0020]本发明提供了一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由上述技术方案所述的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。
[0021]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极材料优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，即纳米硫颗粒，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，本发明提供的正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0022]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的SEM图；
[0024]图2为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的热重分析图；[0025]图3为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在0.1C倍率下的循环曲线.[0026]图4为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在不同倍率下的循环曲线。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯；
[0028]负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。[0029]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，在所述石墨烯的表面负载有纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等纳米材料，在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极材料优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，从而能够提闻电池的循环性能。
[0030]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，在本发明中，所述石墨烯是在制备过程中由氧化石墨烯被还原后最终得到的，或直接以石墨烯为原料制备得到锂离子二次电池正极材料。在本发明中，所述氧化石墨烯优选按照Hmnmers法制备,若直接以石墨烯为原料，所述石墨烯可以是宁波墨西科技有限公司提供的石墨烯商品。
[0031]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，石墨烯具有优异的导电性和独特的二维结构，其独特的二维结构使其能够有效地包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而不会因为大量多硫离子的溶解造成电活性物质的减少而影响电池容量，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的循环性能；而且石墨烯独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，从而不会由于硫的体积膨胀而使得硫电极内部产生微裂纹，使得电极的完整性得到了保证，从而使本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的容量。在本发明中，所述石墨烯的直径优选为I μ m^50 μ m。
[0032]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括纳米硫颗粒，所述纳米硫颗粒负载于所述石墨烯的表面。硫单质具有较高的理论比容量，其负载于石墨烯的表面，由于石墨烯优良的电子性能和二维结构克服了现有技术中硫在硫锂电池中的缺陷，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的电化学性能。在本发明中，所述石墨烯与所述纳米硫颗粒的质量比优选为1: (1^5);所述纳米硫颗粒的大小优选为5nnTl00nm,更优选为10nm~90nmo
[0033]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。由于石墨烯的存在克服了现有技术中硫作为正极材料的缺陷，使得硫本身的优异性能得以保留，从而使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的电化学性能和循环性能。实验结果表明，使用本发明提供的锂粒子二次电池正极材料组装的扣式电池，在0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0034]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:[0035]将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；
[0036]将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
[0037]本发明首选将氧化石墨烯的水溶液、表面活性剂、还原剂和硫粉混合均匀，或将石墨烯的水溶液、表面活性剂和硫粉混合均匀，得到混合溶液。
[0038]本发明可以以氧化石墨烯为原料，也可以直接以石墨烯为原料，制备锂离子二次电池正极材料。若以氧化石墨烯为原料，本发明讲氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；所述氧化石墨烯优选按照上述技术方案所述的Hummers方法进行制备，得到氧化石墨烯后，本发明将其配制得到氧化石墨烯的水溶液；若以石墨烯为原料，本发明可以采用市售的石墨烯商品，如宁波墨西科技有限公司提供的石墨烯商品，将所述石墨烯进行配制得到石墨烯水溶液；本发明将所述石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液。本发明对所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的配制方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的水溶液的配制方法即可。在本发明中，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度优选为lg/L~50g/L，更优选为2g/L~40g/L。
[0039]得到氧化石墨烯或石墨烯水溶液后，本发明将所述氧化石墨烯水溶液与表面活性齐L1、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液与表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，优选进行超声，使其混合均匀，得到混合溶液。在本发明中，所述表面活性剂优选为非离子型表面活性剂，更优选为曲拉通TX-100或聚乙二醇；所述还原剂优选为水合肼、硼氢化钠、氢化铝锂、抗坏血酸或葡萄糖，更优选为硼氢化钠或葡萄糖；所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比优选为1: (0.001~0.005): (0.50~2):(广3);所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比优选为1: (0.000.005): (I飞)；所述超声的时间优选为5min~30min,更优选为 IOmin~25min。
[0040]得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。当以氧化石墨烯为原料时，在水热反应过程中，氧化石墨烯在还原剂的还原作用下，变为石墨烯，具有了较高的导电性；同时在表面活性剂的作用下，硫粉负载于得到的石墨烯的表面，生长形成纳米硫颗粒，而且，由于表面活性剂的作用，通过改变表面活性剂的种类和其用量，实现了对石墨烯表面纳米硫颗粒尺寸和形状的调节。另外，水热反应的条件温和，不会对反应原料及得到的产物的性能造成损害。在本发明中，所述水热反应的温度优选为100°C ~2000C ;所述水热反应的时间优选为6tT24h。
[0041]完成水热反应后，本发明优选将得到的反应产物进行清洗，然后再进行干燥后得到锂离子二次电池正极材料。本发明优选采用去离子水对所述反应产物进行清洗，直至清洗干净；所述干燥优选为真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥，本发明对所述真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥的技术方案即可。
[0042]得到锂离子二次电池正极材料后，本发明对其进行了性能的表征，具体过程如下:
[0043]以本发明提供的锂离子二次电池正极材料为正极，采用Cellgard2000隔膜，以摩尔浓度为lmol/L的三氟甲基磺酰亚胺锂/ 二氧戊烷-乙二醇二甲醚为电解质溶液，以锂箔为负极，在氩气气氛手套箱中组装模拟电池，采用LANDCT2001A-5V/lmA型电池测试系统进行恒流充放电测试，电压窗口为1.0V?3V。结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的电容量，倍率性能优良。
[0044]本发明提供一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由上述技术方案所述的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。本发明以上述技术方案提供的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述制备方法制备的锂离子二次电池正极材料为正极，采用本领域技术人员熟知的组装锂离子二次电池的技术方案，组装得到锂离子二次电池。
[0045]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0046]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
[0047]为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的锂离子二次电池正极材料及其制备方法进行详细地说明，但不能将他们理解为对本发明保护范围的限定。
[0048]实施例1
[0049]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.001:0.5:1的质量比,配制质量浓度为10g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为10g/L的氧化石墨烯水溶液中加Λ 0.0lg曲拉通TX-100、0.5g硼氢化钠和Ig纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于水热罐中，在100°c的鼓风干燥箱内，反应8个小时后，得到反应产物。然后将得到反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥得到锂离子二次电池正极材料。
[0050]本发明对得到的锂离子二次电池正极材料进行扫描电镜扫描分析，得到了其形貌图，结果如图1所示，图1为本发明实施例1得到锂离子二次电池正极材料的SM图，由图1可以看出，纳米硫颗粒大小为IOOnm左右，且均勾负载在石墨稀片的表面，石墨稀片和纳米硫颗粒之间的紧密接触有利于提高正极材料的导电性，石墨烯对对硫的负载有利于抑制多硫化物的溶解。
[0051]本发明对得到的锂离子二次电池正极材料进行热重分析，结果如图2所示，图2为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的热重分析图，由图2可以看出，本实施例制备的锂离子二次电池正极材料中硫元素的含量约为80%。
[0052]实施例2[0053]将实施例1例得到的锂离子二次电池正极材料与导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例于氮甲基吡咯烷酮中混合均匀，并将得到的混合溶液涂布在铝箔上，涂布厚度为30 μ m，将涂布有混合溶液的铝箔在80°C下干燥后得到正极片。以锂片为负极，微孔聚丙烯薄膜为隔膜，摩尔浓度为lmol/L的LiN(CF3SO2)2非水溶液(溶剂为等体积的1，3-二氧戊环和碳酸二丙酯的混合溶剂)为电解液，与得到的正极片组装得到锂离子二次电池。
[0054]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料充放电的情况，结果如图3和图4所示，本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在0.1C倍率下首次充放电曲线，由图3可以看出，本发明提供的锂离子二次电池正极材料首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g。图4为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在不同倍率下的循环曲线，由图4可以看出，2C循环5次以后，其容量依然保持在450mAh/g，倍率性能良好。
[0055]实施例3
[0056]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.005:2:5的质量比,配制质量浓度为lg/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为lg/L的氧化石墨烯水溶液中加入
0.0005g曲拉通TX-100、0.2g葡萄糖和0.5g纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于水热罐中，在200°C的鼓风干燥箱内，反应6个小时后，得到反应产物。然后将得到反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥得到锂离子二次电池正极材料。
[0057]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料的电化学性能，结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料，0.1C初始放电容量为1000mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到700mAh/g，在高倍率下也表现中良好的性能。
[0058]实施例4
[0059]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.002:1:3的质量比,配制质量浓度为50g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOmL质量浓度为50g/L的氧化石墨烯水溶液中加入
0.0Olg曲拉通TX-100、0.5g抗坏血酸和1.5g纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于180°C的鼓风干燥箱内，反应24小时后，得到反应产物。然后将得到的反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥后得到锂离子二次电池正极材料。
[0060]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料的电化学性能，结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料，0.1C初始放电容量为1000mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到780mAh/g，在高倍率下也表现中良好的性能。
[0061]实施例5
[0062]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.003:1.5:4的质量比,配制质量浓度为20g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为20g/L的氧化石墨烯水溶液中加入0.006g曲拉通TX-100、3g抗坏血酸和8g纳米硫粉，超声10分钟，得到混合溶液；将所述混合溶液置于150°C的鼓风干燥箱内，反应12小时后，得到反应产物。然后将得到的反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥后得到锂离子二次电池正极材料。
[0063]本发明考察了本实施例得到的锂离子二次电池正极材料的性能，结果表明，其初始放电容量为1080mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到800mAh/g。[0064]由以上实施例可以看出，本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，该正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0065]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
[0066]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯； 负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述石墨烯与纳米硫颗粒的质量比为1: (1、)。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述石墨烯的直径 I μ m~50 μ m。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述纳米硫颗粒的大小为 5nnTl00nm。
5.一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: 将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液； 将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度为lg/L~50g/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.ΟΟ1~Ο.005): (0.50~2): (I~5)； 所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.001~0.005): 0-5)0
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为IOO0C ~200。。； 所述水热反应的时间为6tT24h。
10.一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由权利要求f 4任意一项所述的锂离子二次电池正极材料或权利要求5、任意一项所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。
【文档编号】H01M4/38GK103682352SQ201210330279
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】刘兆平, 金康克, 周旭峰 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【专利摘要】本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池。本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。本发明以氧化石墨烯或石墨烯、纳米硫粉、表面活性剂和还原剂为原料，将原料混合后进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。石墨烯优异的导电性提高了正极材料的电子传导率，其独特的二维结构能够缓解多硫离子的溶解，抑制了电容量的逐步衰减，提高了电池的循环性能。实验结果表明，该正极活性材料在0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
【专利说明】锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子二次电池【技术领域】，尤其涉及锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电 池。
【背景技术】
[0002]当前通讯、便携式电子设备、电动汽车和空间技术等领域的迅猛发展，对电池的性能提出了越来越高的要求，发展具有高比能量、低成本和环境友好的新型锂离子二次电池具有非常重要的意义。
[0003]在锂离子二次电池体系中，正极材料的性能一直是制约电池发展的瓶颈。传统的过渡金属氧化物基正极材料如LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4等由于其理论储锂容量的限制，使得以其为锂离子二次电池的正极材料难以使锂电池在能量密度上取得突破性进展。为了提高锂离子二次电池的性能，现有技术发展了锂硫电池，其属于二次锂电池体系，由单质硫(理论比容量为1675mAh/g)、金属锂(理论比容量为3860mAh/g)和有机电解液组成，具有比能量高(理论值为2600Wh/kg)、成本低、对环境友好的特点，可满足市场对化学电源轻量化、小型化、低成本和无毒的要求。但是锂硫电池存在以下3个问题:(I)单质硫在室温不导电，因此锂硫电池活性物质利用率很低并且电化学性能不佳；(2)锂硫电池充放电过程产生的多硫化锂易溶于有机电解液，使电极的活性物质逐渐减少，导致电池的容量逐步衰减，循环性能变差；(3)在循环过程中，锂硫电池中硫电极的体积形变高达22%，可能使硫电极内部产生微裂纹，这种微裂纹的存在破坏了电极的整体性，最终加剧锂硫电池的容量衰减。
[0004]为了克服锂硫电池存在的上述缺点，现有技术公开多种采用多孔碳或介孔碳对硫正极材料的改进方法。如如Ji等采用有序介孔碳CMK-3 (孔间距6.5nm，孔径3-4nm)作为导电相，将加热熔化的硫渗入介孔中，得到含硫量为70wt%的CMK-3/S复合材料，复合材料20次可逆循环比容量为800mAh/g (Ji X L, Lee K T, Nazar L F.NatureMater.，2009,8:500^506.) ；Lai等用加热的方法将硫与一种高比表面积的多孔碳复合得到S/HPC复合物，由于多孔碳具有高的比表面积，硫能与之充分接触，为电化学过程提供了必要的电子传输途径。多孔碳的比表面积越大，与硫接触面越多，对提高电池的性能越有利(Lai C，Gao X P, Zhang B, Yan T T，Zhou Ζ.J..Phys.Chem.C，2009，113:4712~4716.)；Liang等采用具有两级孔径的介孔碳作为导电相，这种介孔碳具有7.3nm和2nm的两种尺寸的孔。当导电相中存在两种尺寸的孔时，其中的微小孔作为硫的存储空间，而大孔则作为溶于电解液的多硫化物的储存器，这样的结构有利于将多硫化物限制在硫正极内部而不会扩散出电极，从而不会造成活性物质的损失和对负极的腐蚀，可明显提高硫电极的循环稳定性，含硫量为11.7wt%的复合材料经过50次循环后可逆比容量为780mAh/g。但这种介孔碳或多孔碳材料得到的正极材料制备的锂硫电池的循环性能较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料同时具有较好的电化学性能、较高的容量和较高的循环性能。
[0006]本发明提供了一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯；
[0007]负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。
[0008]优选的，所述石墨烯与纳米硫颗粒的质量比为1: 0-5).[0009]优选的，所述石墨烯的直径为I μ m50 μ m。
[0010]优选的，所述纳米硫颗粒的大小为5nnTl00nm。
[0011]本发明提供了一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: [0012]将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；
[0013]将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
[0014]优选的，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度为lg/L~50g/L。
[0015]优选的，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
[0016]优选的，所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比为1:(0.001 ~0.005): (0.50~2): 0-3)；
[0017]所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.001~0.005): 0-δ)0
[0018]优选的，所述水热反应的温度为100°C ^200oC ；
[0019]所述水热反应的时间为6tT24h。
[0020]本发明提供了一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由上述技术方案所述的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。
[0021]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极材料优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，即纳米硫颗粒，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，本发明提供的正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0022]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的SEM图；
[0024]图2为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的热重分析图；[0025]图3为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在0.1C倍率下的循环曲线.[0026]图4为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在不同倍率下的循环曲线。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯；
[0028]负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。[0029]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，在所述石墨烯的表面负载有纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等纳米材料，在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极材料优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，从而能够提闻电池的循环性能。
[0030]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，在本发明中，所述石墨烯是在制备过程中由氧化石墨烯被还原后最终得到的，或直接以石墨烯为原料制备得到锂离子二次电池正极材料。在本发明中，所述氧化石墨烯优选按照Hmnmers法制备,若直接以石墨烯为原料，所述石墨烯可以是宁波墨西科技有限公司提供的石墨烯商品。
[0031]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯，石墨烯具有优异的导电性和独特的二维结构，其独特的二维结构使其能够有效地包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而不会因为大量多硫离子的溶解造成电活性物质的减少而影响电池容量，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的循环性能；而且石墨烯独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，从而不会由于硫的体积膨胀而使得硫电极内部产生微裂纹，使得电极的完整性得到了保证，从而使本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的容量。在本发明中，所述石墨烯的直径优选为I μ m^50 μ m。
[0032]本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括纳米硫颗粒，所述纳米硫颗粒负载于所述石墨烯的表面。硫单质具有较高的理论比容量，其负载于石墨烯的表面，由于石墨烯优良的电子性能和二维结构克服了现有技术中硫在硫锂电池中的缺陷，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的电化学性能。在本发明中，所述石墨烯与所述纳米硫颗粒的质量比优选为1: (1^5);所述纳米硫颗粒的大小优选为5nnTl00nm,更优选为10nm~90nmo
[0033]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。由于石墨烯的存在克服了现有技术中硫作为正极材料的缺陷，使得硫本身的优异性能得以保留，从而使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的电化学性能和循环性能。实验结果表明，使用本发明提供的锂粒子二次电池正极材料组装的扣式电池，在0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0034]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:[0035]将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；
[0036]将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
[0037]本发明首选将氧化石墨烯的水溶液、表面活性剂、还原剂和硫粉混合均匀，或将石墨烯的水溶液、表面活性剂和硫粉混合均匀，得到混合溶液。
[0038]本发明可以以氧化石墨烯为原料，也可以直接以石墨烯为原料，制备锂离子二次电池正极材料。若以氧化石墨烯为原料，本发明讲氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液；所述氧化石墨烯优选按照上述技术方案所述的Hummers方法进行制备，得到氧化石墨烯后，本发明将其配制得到氧化石墨烯的水溶液；若以石墨烯为原料，本发明可以采用市售的石墨烯商品，如宁波墨西科技有限公司提供的石墨烯商品，将所述石墨烯进行配制得到石墨烯水溶液；本发明将所述石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液。本发明对所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的配制方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的水溶液的配制方法即可。在本发明中，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度优选为lg/L~50g/L，更优选为2g/L~40g/L。
[0039]得到氧化石墨烯或石墨烯水溶液后，本发明将所述氧化石墨烯水溶液与表面活性齐L1、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液与表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，优选进行超声，使其混合均匀，得到混合溶液。在本发明中，所述表面活性剂优选为非离子型表面活性剂，更优选为曲拉通TX-100或聚乙二醇；所述还原剂优选为水合肼、硼氢化钠、氢化铝锂、抗坏血酸或葡萄糖，更优选为硼氢化钠或葡萄糖；所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比优选为1: (0.001~0.005): (0.50~2):(广3);所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比优选为1: (0.000.005): (I飞)；所述超声的时间优选为5min~30min,更优选为 IOmin~25min。
[0040]得到混合溶液后，本发明将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。当以氧化石墨烯为原料时，在水热反应过程中，氧化石墨烯在还原剂的还原作用下，变为石墨烯，具有了较高的导电性；同时在表面活性剂的作用下，硫粉负载于得到的石墨烯的表面，生长形成纳米硫颗粒，而且，由于表面活性剂的作用，通过改变表面活性剂的种类和其用量，实现了对石墨烯表面纳米硫颗粒尺寸和形状的调节。另外，水热反应的条件温和，不会对反应原料及得到的产物的性能造成损害。在本发明中，所述水热反应的温度优选为100°C ~2000C ;所述水热反应的时间优选为6tT24h。
[0041]完成水热反应后，本发明优选将得到的反应产物进行清洗，然后再进行干燥后得到锂离子二次电池正极材料。本发明优选采用去离子水对所述反应产物进行清洗，直至清洗干净；所述干燥优选为真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥，本发明对所述真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥的技术方案即可。
[0042]得到锂离子二次电池正极材料后，本发明对其进行了性能的表征，具体过程如下:
[0043]以本发明提供的锂离子二次电池正极材料为正极，采用Cellgard2000隔膜，以摩尔浓度为lmol/L的三氟甲基磺酰亚胺锂/ 二氧戊烷-乙二醇二甲醚为电解质溶液，以锂箔为负极，在氩气气氛手套箱中组装模拟电池，采用LANDCT2001A-5V/lmA型电池测试系统进行恒流充放电测试，电压窗口为1.0V?3V。结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较高的电容量，倍率性能优良。
[0044]本发明提供一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由上述技术方案所述的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。本发明以上述技术方案提供的锂离子二次电池正极材料或上述技术方案所述制备方法制备的锂离子二次电池正极材料为正极，采用本领域技术人员熟知的组装锂离子二次电池的技术方案，组装得到锂离子二次电池。
[0045]本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0046]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
[0047]为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的锂离子二次电池正极材料及其制备方法进行详细地说明，但不能将他们理解为对本发明保护范围的限定。
[0048]实施例1
[0049]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.001:0.5:1的质量比,配制质量浓度为10g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为10g/L的氧化石墨烯水溶液中加Λ 0.0lg曲拉通TX-100、0.5g硼氢化钠和Ig纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于水热罐中，在100°c的鼓风干燥箱内，反应8个小时后，得到反应产物。然后将得到反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥得到锂离子二次电池正极材料。
[0050]本发明对得到的锂离子二次电池正极材料进行扫描电镜扫描分析，得到了其形貌图，结果如图1所示，图1为本发明实施例1得到锂离子二次电池正极材料的SM图，由图1可以看出，纳米硫颗粒大小为IOOnm左右，且均勾负载在石墨稀片的表面，石墨稀片和纳米硫颗粒之间的紧密接触有利于提高正极材料的导电性，石墨烯对对硫的负载有利于抑制多硫化物的溶解。
[0051]本发明对得到的锂离子二次电池正极材料进行热重分析，结果如图2所示，图2为本发明实施例1得到的锂离子二次电池正极材料的热重分析图，由图2可以看出，本实施例制备的锂离子二次电池正极材料中硫元素的含量约为80%。
[0052]实施例2[0053]将实施例1例得到的锂离子二次电池正极材料与导电剂Super P、粘结剂聚偏氟乙烯按质量比为80:10:10的比例于氮甲基吡咯烷酮中混合均匀，并将得到的混合溶液涂布在铝箔上，涂布厚度为30 μ m，将涂布有混合溶液的铝箔在80°C下干燥后得到正极片。以锂片为负极，微孔聚丙烯薄膜为隔膜，摩尔浓度为lmol/L的LiN(CF3SO2)2非水溶液(溶剂为等体积的1，3-二氧戊环和碳酸二丙酯的混合溶剂)为电解液，与得到的正极片组装得到锂离子二次电池。
[0054]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料充放电的情况，结果如图3和图4所示，本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在0.1C倍率下首次充放电曲线，由图3可以看出，本发明提供的锂离子二次电池正极材料首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g。图4为本发明实施例2得到的锂离子二次电池正极材料在不同倍率下的循环曲线，由图4可以看出，2C循环5次以后，其容量依然保持在450mAh/g，倍率性能良好。
[0055]实施例3
[0056]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.005:2:5的质量比,配制质量浓度为lg/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为lg/L的氧化石墨烯水溶液中加入
0.0005g曲拉通TX-100、0.2g葡萄糖和0.5g纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于水热罐中，在200°C的鼓风干燥箱内，反应6个小时后，得到反应产物。然后将得到反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥得到锂离子二次电池正极材料。
[0057]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料的电化学性能，结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料，0.1C初始放电容量为1000mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到700mAh/g，在高倍率下也表现中良好的性能。
[0058]实施例4
[0059]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.002:1:3的质量比,配制质量浓度为50g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOmL质量浓度为50g/L的氧化石墨烯水溶液中加入
0.0Olg曲拉通TX-100、0.5g抗坏血酸和1.5g纳米硫粉，超声10分钟，得到均匀的混合溶液；将所述混合溶液置于180°C的鼓风干燥箱内，反应24小时后，得到反应产物。然后将得到的反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥后得到锂离子二次电池正极材料。
[0060]本发明考察了得到的锂离子二次电池正极材料的电化学性能，结果表明，本发明提供的锂离子二次电池正极材料，0.1C初始放电容量为1000mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到780mAh/g，在高倍率下也表现中良好的性能。
[0061]实施例5
[0062]按照氧化石墨烯:表面活性剂:还原剂:硫粉=1:0.003:1.5:4的质量比,配制质量浓度为20g/L的氧化石墨烯水溶液。向IOOmL质量浓度为20g/L的氧化石墨烯水溶液中加入0.006g曲拉通TX-100、3g抗坏血酸和8g纳米硫粉，超声10分钟，得到混合溶液；将所述混合溶液置于150°C的鼓风干燥箱内，反应12小时后，得到反应产物。然后将得到的反应产物用去离子水清洗干净，在真空条件下干燥后得到锂离子二次电池正极材料。
[0063]本发明考察了本实施例得到的锂离子二次电池正极材料的性能，结果表明，其初始放电容量为1080mAh/g，首次不可逆容量几乎为0，循环50次以后容量达到800mAh/g。[0064]由以上实施例可以看出，本发明提供一种锂离子二次电池正极材料、其制备方法及锂离子二次电池，本发明提供的锂离子二次电池正极材料包括石墨烯和负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。石墨烯优异的导电性与独特的二维结构使其相比于纳米颗粒或纳米线等在改善材料电化学性能上有突出的优势，其优异的导电性能赋予复合电极优异的电子传导率，其独特的二维结构能有效包覆活性物质，缓解多硫离子的溶解，从而保证了电极活性物质的量，抑制了电池容量的逐步衰减，具有较好的循环性能；其独特的柔性结构能够克服硫的体积效应，不会使硫电极的内部产生微裂纹，从而保持电极的完整性，提高了循环性能。实验结果表明，该正极材料0.1C下首次放电容量达到1100mAh/g，循环50次容量保持为800mAh/g，2C放电容量保持在450mAh/g，倍率性能优良。
[0065]本发明提供的制备方法以硫、氧化石墨烯、表面活性剂和还原剂为原料，或以硫、石墨烯和表面活性剂为原料，通过水热法一步合成了锂离子二次电池正极材料，本发明提供的方法反应温和，不会对原料造成破坏；而且可以通过调整表面活性剂的种类和用量来控制纳米硫颗粒的尺寸和形状，使得本发明提供的锂离子二次电池正极材料具有较好的尺寸和形状的可调节性。
[0066]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种锂离子二次电池正极材料，包括石墨烯； 负载于所述石墨烯表面的纳米硫颗粒。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述石墨烯与纳米硫颗粒的质量比为1: (1、)。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述石墨烯的直径 I μ m~50 μ m。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池正极材料，其特征在于，所述纳米硫颗粒的大小为 5nnTl00nm。
5.一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，包括以下步骤: 将氧化石墨烯水溶液、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉混合均匀，或将石墨烯水溶液、表面活性剂和纳米硫粉混合均匀，得到混合溶液； 将所述混合溶液进行水热反应，得到锂离子二次电池正极材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯或石墨烯水溶液的质量浓度为lg/L~50g/L。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯、表面活性剂、还原剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.ΟΟ1~Ο.005): (0.50~2): (I~5)； 所述石墨烯、表面活性剂和纳米硫粉的质量比为1: (0.001~0.005): 0-5)0
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为IOO0C ~200。。； 所述水热反应的时间为6tT24h。
10.一种锂离子二次电池，其特征在于，正极由权利要求f 4任意一项所述的锂离子二次电池正极材料或权利要求5、任意一项所述的制备方法制备的锂离子二次电池正极材料形成。
【文档编号】H01M4/38GK103682352SQ201210330279
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】刘兆平, 金康克, 周旭峰 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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