本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料的制備方法、鋰硫電池正極、鋰硫電池，以氧化石墨烯水溶液、含有光引發(fā)劑的有機光固化材料溶液、聚乙烯醇水溶液，分別作為內(nèi)相、外相、驅(qū)動相，利用液驅(qū)同軸流動聚焦技術(shù)，內(nèi)相和外相在驅(qū)動相的剪切作用下得到氧化石墨烯微膠囊，并將其在紫外光照下固化，經(jīng)洗滌、干燥、高溫碳化、熏硫步驟后制備得到氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料，其具有良好的導(dǎo)電性能，在膠囊內(nèi)部大量的氧化石墨烯為硫的吸附提供了比表面積，增加了硫的活性質(zhì)量，也為硫的體積膨脹提供的緩沖空間，從而改善了鋰硫電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料的制備方法、鋰硫電池正極、鋰硫電池。

背景技術(shù)

由于環(huán)境污染和化石燃料的枯竭，太陽能和風(fēng)能等清潔和可再生能源的需求變得越來越迫切，因此發(fā)展具有高能量密度、長循環(huán)壽命、高安全性、綠色環(huán)保和低成本的二次電池在新能源領(lǐng)域具有重大意義。鋰離子電池被廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ铑I(lǐng)域。隨著社會發(fā)展，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們對能源存儲的需求。

近些年來，鋰硫(Li-S)電池由于其高的能量密度(2600Wh kg^-1)和理論容(1675mAhg^-1)引起研究人員的廣泛關(guān)注，被視為最有應(yīng)用前景的高容量存儲體系之一。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種電池，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰電池(150mAh g^-1)。而單質(zhì)硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環(huán)境友好等特點，非常具有前景。

Li-S電池近年來成為最具競爭力的高能量密度電池體系，但仍然面臨著許多問題與挑戰(zhàn)。單質(zhì)硫的電子、離子導(dǎo)電性差，硫材料在室溫下的電導(dǎo)率極低(5.0×10-30S·cm^-1)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物L(fēng)i₂S₂和Li₂S也是電子絕緣體，使整個電極材料的導(dǎo)電性都不高。且Li₂S₂和Li₂S不溶于電解液，沉積在導(dǎo)電骨架的表面；部分硫化鋰脫離導(dǎo)電骨架，無法通過可逆的充電過程反應(yīng)變成硫或者是高階的多硫化物，造成了容量的極大衰減。鋰硫電池的中間放電產(chǎn)物會溶解到有機電解液中，增加電解液的黏度，降低離子導(dǎo)電性。多硫離子能在正負(fù)極之間遷移，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失和電能的浪費。溶解的多硫化物會跨越隔膜擴散到負(fù)極，與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，破壞了負(fù)極的固體電解質(zhì)界面膜。鋰化時從硫到Li2S的體積膨脹：S₈(2.07g cm^-3)的密度高于Li₂S(1.66g cm^-3)的密度，導(dǎo)致大的體積膨脹(約80％)。體積膨脹會導(dǎo)致正極結(jié)構(gòu)的破裂粉碎，活性材料硫從正極脫離，脫離的這部分活性材料的損失會導(dǎo)致永久性的容量損失。鋰硫電池使用金屬鋰作為負(fù)極，除了金屬鋰自身的高活性，金屬鋰負(fù)極在充放電過程會發(fā)生體積變化，并容易形成枝晶，安全性會降低。

這些問題致使電池中硫的利用率低、循環(huán)性能差、容量衰減快、倍率性能差，都亟待進一步探索和解決。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料的制備方法、鋰硫電池正極、鋰硫電池。利用價格低廉原料通過改進hummers法制備得到氧化石墨烯，然后利用液驅(qū)同軸流動聚焦技術(shù)得到氧化石墨烯微膠囊，氧化石墨烯微膠囊熏硫后得到氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料。本發(fā)明針對鋰硫電池硫的體積膨脹問題，多硫化物易溶于電解液等相關(guān)難題，提供了一種工藝簡單、產(chǎn)率高、成本低、能實時操作調(diào)控的微膠囊復(fù)合材料制備方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種氧化石墨烯/硫微膠囊復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯分散在去離子水中，得到氧化石墨烯水溶液；

(2)將光引發(fā)劑與有機光固化材料攪拌混合，得到混合溶液A；