获得的混合物在氮气中加热至300°C，并在所述温度下保持5小时，从而获得包含石墨烯的正极材料，其中石墨烯的含量为6重量％，硫含量为48重量％。
[0106]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为827mAh/g，第二次循环的放电容量为685mAh/g，第十次循环的放电容量为630mAh/g。
[0107]实施例2
[0108]将1克聚丙烯腈分散在50克水中。将0.1克氧化石墨和0.3克水合肼加入该分散体中。将所得的混合物在70°C下进行回流。获得石墨烯和聚丙烯腈的均匀混合物。
[0109]将7克硫加入所述混合物中。将如此获得的混合物在氮气中加热至300°C，并在所述温度下保持6小时，从而获得包含石墨烯的正极材料，图2所示为该正极材料的TEM照片。
[0110]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为821.5mAh/g，第二次循环的放电容量为663.6mAh/g，如图3所示。
[0111]实施例3
[0112]将1克聚丙烯腈分散在20克水中。将0.1克氧化石墨和1克葡萄糖和0.1ml氨水加入该分散体中。将所得的混合物在95°C下进行回流。获得石墨烯和聚丙烯腈的均匀混合物。
[0113]将8克硫加入所述混合物中。将如此获得的混合物在氮气中加热至300°C，并在所述温度下保持5小时，从而获得包含石墨烯的正极材料。
[0114]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为823mAh/g，第二次循环的放电容量为681mAh/g，第十次循环的放电容量为627mAh/g.
[0115]实施例4
[0116]将1克聚丙烯腈分散在50克水中。将0.3克氧化石墨和10克硫加入该分散体中。将如此获得的混合物在氮气中加热至280°C，并在所述温度下保持8小时，从而获得包含石墨稀的正极材料。
[0117]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为750mAh/g，第二次循环的放电容量为623mAh/g。
[0118]实施例5
[0119]将1克丙烯腈-丁二烯共聚物分散在50克水中。将0.1克氧化石墨和8克硫加入该分散体中。将如此获得的混合物在氮气中加热至300°C，并在所述温度下保持5小时，从而获得包含石墨烯的正极材料。
[0120]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为823mAh/g，第二次循环的放电容量为663mAh/g，第十次循环的放电容量为610mAh/g。
[0121]实施例6
[0122]将1克聚丙烯腈分散在50克水中。将0.05克氧化石墨和1克水合肼加入该分散体中。将所得的混合物在90°C下进行回流。获得石墨烯和聚丙烯腈的均匀混合物。
[0123]将0.05克碳纳米管和8克硫加入所述混合物中。将如此获得的混合物在氮气中加热至300°C，并在所述温度下保持5小时，从而获得包含石墨烯的正极材料，石墨烯和碳纳米管的含量分别为3重量％，硫含量为48重量％.。
[0124]上述制备的正极材料的充/放电测试表明，第一次循环的放电容量为863mAh/g，第二次循环的放电容量为712mAh/g，第十次循环的放电容量为657mAh/g。
[0125]对比例1
[0126]为了展示石墨烯的作用，以如下方式制备不含石墨烯的正极材料。
[0127]将1克聚丙烯腈分散在100克水中。将7克硫加入该分散体中。将如此获得的混合物在氩气中加热至300°C，并在所述温度下保持6小时，从而获得不含石墨烯的正极材料。
[0128]图4比较了根据本发明的正极材料(实施例2)和不含石墨烯的正极材料(对比例1)在不同放电倍率下的放电性能，其中C是指放电功率比率，例如0.1C是指10小时放电，1C是指1小时放电。
[0129]如图4所示，对于包含石墨烯的正极材料而言，第一次循环的放电容量为816.2mAh/g，第二次循环的放电容量为659.5mAh/g，在1C下的放电容量为535.8mAh/g。
[0130]对于不含石墨烯的正极材料而言，第一次循环的放电容量为819mAh/g，第二次循环的放电容量为623.5mAh/g，在1C下的放电容量为413.6mAh/g。
[0131]因此，清楚地看出，添加石墨烯显著地改善了正极材料的放电性能，尤其是在高放电倍率的情况下。
[0132]虽然在典型的实施例中阐述和描述了本发明，并不意味着其被限制到所示的细节，因为在不背离本发明的精神的情况下可以作出各种改变和替换。同样地，本领域技术人员采用不超出常规的实验可以获得在此所公开的本发明的改变方案和等价方案，并且相信所有这些改变方案和等价方案在由如下权利要求所定义的本发明的精神和范围之内。
【主权项】
1.用于L1-s电池的正极材料，其包含基于丙烯腈的聚合物、硫和石墨烯。2.根据权利要求1的用于L1-S电池的正极材料，其中基于所述正极材料的总重量，所述基于丙烯腈的聚合物的重量百分比为10重量％至70重量％，所述硫的重量百分比为20重量％至80重量％，所述石墨稀的重量百分比为0.1重量％至20重量％。3.根据权利要求1或2的用于L1-S电池的正极材料，其中所述石墨烯的厚度为0.34至10nm，长度为10至500nm，宽度为10至500nm。4.根据权利要求1至3之一的用于L1-S电池的正极材料，其还包含碳纳米管。5.根据权利要求1的用于L1-S电池的正极材料，其中所述基于丙烯腈的聚合物选自聚丙烯腈或丙烯腈共聚物。6.正极，其包含根据权利要求1至5之一的用于L1-S电池的正极材料。7.L1-S电池，其包含根据权利要求6的正极。8.制备用于L1-S电池的正极材料的方法，该方法包括: 将10至30重量份基于丙烯腈的聚合物分散在30至1000重量份水中； 添加0.1至5重量份氧化石墨； 添加20至200重量份硫;及 将如此获得的混合物均匀化，然后在惰性气氛中加热至200至400°C的温度，并在所述温度下保持1至20小时，从而获得正极材料。9.制备用于L1-S电池的正极材料的方法，该方法包括: 将10至30重量份基于丙烯腈的聚合物分散在30至1000重量份水中； 添加0.1至5重量份氧化石墨； 添加0.1至10重量份还原剂； 在室温至100°C下获得石墨烯和基于丙烯腈的聚合物的均匀混合物； 将20至200重量份硫添加至所述混合物;及 将如此获得的混合物均匀化，然后在惰性气氛中加热至200至400°C的温度，并在所述温度下保持1至20小时，从而获得正极材料。10.根据权利要求9的方法，其中所述还原剂选自:水合肼、硼氢化钠、硼氢化钾、葡萄糖和氨水、多硫化钠。11.制备用于L1-s电池的正极材料的方法，该方法包括: 将10至30重量份基于丙烯腈的聚合物分散在30至1000重量份水中； 添加0.1至5重量份石墨烯； 将20至200重量份硫添加至所述混合物;及 将如此获得的基于丙烯腈的聚合物/硫/氧化石墨的混合物均匀化，然后在惰性气氛中加热至200至400°C的温度，并在所述温度下保持1至20小时，从而获得正极材料。
【专利摘要】本发明提供用于Li-S电池的正极材料，其包含基于丙烯腈的聚合物、硫和石墨烯。还提供包含所述正极材料的正极和Li-S电池，以及制备所述正极材料的方法。
【IPC分类】H01M4/137
【公开号】CN105453309
【申请号】CN201180076492
【发明人】王久林, 尹利超, 周龙捷, 赵娜红, 杨军
【申请人】上海交通大学, 罗伯特·博世有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2011年5月3日
【公告号】WO2012149672A1