技术领域

[0001] 本发明属于锂硫电池技术领域， 尤其涉及一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料 及包含该电极材料的锂硫电池。

背景技术

[0002] 锂硫电池因存在硫导电性差及体积变化、 多硫化物的穿梭效应等问题， 影响了 其实际的应用。 此外， 怎样提高锂硫电池比容量及循环性， 仍需要进行更深入 的研究。 而碳质材料因其具有可调控的比表面积和丰富 的孔结构、 良好的导电 性、 易加工等优势， 可以用于锂硫电池来解决其存在的问题。 其中， 石墨烯具 有导电性优异、 比表面积大、 化学稳定性与机械性能强、 独特的二维多孔网络 几何结构， 能够简单易行地实现核壳结构包覆等优点， 利用石墨烯改性锂硫电 池正极， 能够缩短锂硫电池中电子与离子传输路径， 提高单质硫的电化学活性 ， 限制多硫化物的扩散， 改善锂硫电池的性能。

[0003] 然而， 石墨烯作为非极性物质， 对极性多硫化物的吸附能力较弱， 而极性的金 属氧化物如 Ti0 ₂ 、 MnO ₂ 等对多硫化物具有很强的吸附能力， 但这些金属氧化物 不导电， 因此采用石墨烯与金属氧化物的复合材料作为 锂硫电池的电极材料是 一种理想选择。

[0004] 然而， 目前报道的 Ti0 ₂ 、 MnO ₂ 等这些用于锂硫电池的金属氧化物都存在 一些 各自的问题， 比如： 制备工艺比较繁琐、 产物结构难以控制、 成本高等。

[0005] 有鉴于此， 选择一种成本低、 合成方法简便易调控、 对硫及多硫化物具有很强 相互作用力的氧化物， 制备基于此氧化物的石墨烯基复合材料是我们 需要重视 的， 并由此获得一种具有高比容量及长循环稳定性 的锂硫电池。

[0006] 因此， 本发明旨在提供一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料及包含该电极材料 的锂硫电池， 该电极材料能够减弱多硫化物的穿梭效应等问 题， 促进多硫的转 化， 使用该电极材料的锂硫电池具有高的比容量和 长的循环稳定性。 技术问题

[0007] 本发明的目的之一在于： 针对现有技术的不足， 而提供一种基于石墨烯 /氧化 物的电极材料及包含该电极材料的锂硫电池， 该电极材料能够减弱多硫化物的 穿梭效应等问题， 促进多硫的转化， 使用该电极材料的锂硫电池具有高的比容 量和长的循环稳定性。

问题的解决方案

技术解决方案

[0008] 一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯 多孔宏观体形成的复合物和负载于所述复合物 的纳米硫， 其制备方法包括以下 步骤：

[0009] Sl， 在搅拌条件下向氧化石墨烯水溶胶中加入 FeCl ₃ 水溶液， 继续搅拌 lh-3h， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混合液中加入氨水， 调节 pH为 9-11 ， 得到混合溶液 Ml ;

[0010] S2， 在搅拌条件下将水合肼溶液滴入 SI得到的混合溶液 Ml中， 使得水合肼与 氧化石墨烯的质量比为 （5-9) ： 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 0.5h-3h， 得到混 合溶液 M2； 滴加持续吋间为 lh-3h；

[0011] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 130°C-190°C的电阻 炉中恒温 3h-10h， 反应完成后冷却， 去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝胶， 脱 除溶剂后得到纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) ； 其中， 脱除溶剂的方 法包括冻干、 晾干和烘干等。

[0012] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与纳米硫粉按照 （1-3) ： 3的质 量比进行充分混合， 置于 130°C-180°C的氩气气氛下热熔处理 9h-15h， 得到电极 材料 （Fe-PGM-S) 。

[0013] 在该方法中， 水合肼作为还原剂， 可以有效的将氧化石墨烯还原成石墨烯， 一 般情况下， 为了获得最好的还原效果， 还原温度设置在 70~100°C， 但这里温度 在 130°C以上， 因此水合肼除了还原作用之外， 在高温下还会促使石墨烯片层在 水热过程中紧密搭接， 形成更紧致的三维网络结构。 而紧致的三维网络结构为 后续热熔状态的硫单质提供了有效的储存空间 ， 使得硫单质能均匀分布在纳米 F e ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 中， 并提供了丰富的离子、 电子传输通道

[0014] 本发明中， 纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 是采用一步法得到的复 合物， 相比于将纳米金属氧化物分散到石墨烯分散液 中得到的产物而言， 由一 步法合成的复合物， 一方面其中的氧化物晶型结构和尺寸可以通过 合成条件来 进行调控， 可以根据不同需求获得相应的氧化物； 另一方面， 使用一步法吋， F e ³⁺ 首先吸附在氧化石墨烯上， 通过水热处理后， 在片层上的 Fe ³ 4专变成 Fe ₂ 0 ₃ 纳米颗粒， Fe ₂ 0 ₃ 在石墨烯中的复合更为稳定和均匀。

[0015] 而且本发明采用熔融法加载硫， 相较于将纳米硫、 表面活性剂加入石墨烯 /纳 米金属氧化物混合分散液中再保温、 快速冷却得到的产物， 本发明的熔融法加 载硫没有表面活性剂， 即没有引入其他物质， 避免了污染， 另外表面活性剂对 石墨烯和氧化物的表面会有一定的影响， 这可能会对后续锂硫电池的电化学性 能产生影响， 而且本发明操作简单。

[0016] 本发明中使用的氧化物为 Fe ₂ 0 ₃ ， 其具有容易原位制备、 成本低、 无毒的优点

， 此外 Fe ₂ 0 ₃ 也是一种良好的催化剂， 在反应中能有效的催化反应的进行。

[0017] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 纳米硫占电极材料的 总质量的 Swt -SSwt ， 纳米 Fe ₂ 0 ₃ 占电极材料的总质 J ：的 lwtUSwt

[0018] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 所述复合物的比表面 积为 200 m ² /g -1000 m ² /g。

[0019] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 所述氧化石墨烯水溶 胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中， 超声 lh-3h， 即可得到 均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0020] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 所述氧化石墨烯水溶 胶的浓度为 0.5mg/mL-5mg/mL。

[0021] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 所述 FeCl ₃ 水溶液的浓 度为 5mg/mL- 15mg/mL。

[0022] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， 所述水合肼溶液的浓 度为 60mg/mL- 100mg/mL。 [0023] 作为本发明基于石墨烯 /氧化物的电极材料的一种改进， S4中纳米硫粉的粒径 为 10nm-500nm。

[0024] 相对于现有技术， 本发明采用水热处理-水合肼还原的方法合成� �具有丰富孔 隙和较高比表面积的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) ， 采用熔融法负 载硫后， 制得纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯 -硫杂化材料 （Fe-PGM-S) 。 纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯 多孔宏观体中的石墨烯碳质导电基体与硫单质 存在一定的相互作用， 重要的是 F e ₂ 0 ₃ 纳米颗粒与硫及多硫形成强的化学键， 能有效地限制多硫的溶解， 减小穿 梭效应， 适量的 Fe ₂ 0 ₃ 纳米颗粒还可以提高反应动力学活性， 提高活性物质的利 用率， 从而提高锂硫电池的比容量及高倍率循环稳定 性。

[0025] 本发明的另一个目的在于提供一种锂硫电池， 包括正极、 负极、 隔膜和电解液 ， 所述正极包括正极集流体和参与电化学反应的 正极活性材料， 所述正极活性 材料为本发明所述的电极材料。

[0026] 其中， 负极包括负极集流体和参与电化学反应的负极 活性材料， 所述负极活性 材料为锂、 锂合金、 锂碳和硅基材料中的至少一种。

发明的有益效果

有益效果

[0027] 相对于现有技术， 本发明的锂硫电池具有高的比容量和长的循环 稳定性。 实践 表明： 以本发明的 Fe-PGM-S为正极， 锂片为负极， 组装成锂硫电池吋， 该电池 在 0.3C倍率下充放电吋， 首次放电容量可以达到 1571.2 mAh/g， 并且在高倍率下 的循环稳定性高， 即在 2C倍率下， 初始放电容量可达 697.5 mAh/g， 经过 500周循 环后期容量仍然维持在 360.5 mAh/g， 每周的容量损失率仅为 0.080%; 在 5C倍率 下， 首次放电容量可达 613.9 mAh/g， 经过 1000圈循环容量为 309.3 mAh/g， 每圈 的容量损失仅为 0.049%。

对附图的简要说明

附图说明

[0028] 图 1为本发明中电极材料的形成过程示意图。

[0029] 图 2a和图 2b为实施例 1制备的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 的 SEM 图； [0030] 图 2c和图 2d为实施例 1制备的纳米 Fe ₂ 0 ₃

/石墨烯 -硫杂化材料 （Fe-PGM-S) 的 SEM图；

[0031] 图 3a为对比例 3 (采用对比例 1的电极材料制备的） 的锂硫电池在 0.3C、 0.5C、

1C、 2C和 5C倍率下的充放电曲线， 图 3b为实施例 2 (采用实施例 1的电极材料制 备的） 锂硫电池在 0.3C、 0.5C、 1C、 2C和 5C倍率下的充放电曲线；

[0032] 图 4为实施例 2和对比例 3的锂硫电池在 2C和 5C倍率下的循环性能曲线， 其中， 图 4a为实施例 2和对比例 3的锂硫电池在 2C倍率下的循环性能曲线， 图 4b为实施 例 2和对比例 3的锂硫电池在 5C倍率下的循环性能曲线。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0033] 下面结合附图和具体实施方式， 对本发明及其有益技术效果进行详细说明， 但 是， 本发明的具体实施方式并不限于此。

[0034] 实施例 1

[0035] 本实施例提供了一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳 米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯多孔宏观体形成的复合物和负载 于所述复合物的纳米硫， 其中 ， 纳米硫占电极材料的总质量的 60wt.%， 纳米 Fe ₂ 0 ₃

占电极材料的总质量的 15wt.%， 复合物的比表面积为 800 m 2/g。

[0036] 其制备方法包括以下步骤：

[0037] S1， 在搅拌条件下向浓度为 2mg/mL的氧化石墨烯水溶胶中加入 10mg/mL 的 FeCl ₃ 水溶液， 继续搅拌 2h， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混合 液中加入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 10， 得到混合溶液 Ml ;

[0038] 其中， 氧化石墨烯水溶胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中 ， 超声 2h， 即可得到均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0039] S2， 在搅拌条件下将 80mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入 SI得到的混合溶液 Ml中 ， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 7: 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 2h， 得 到混合溶液 M2;

[0040] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 180°C的电阻炉中恒 温 6h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将 柱状三维石墨烯基水凝胶取出后， 再冻干得到纳米 Fe ₂ 0 3

/石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) ， 其 SEM图如图 2a和 2b所示。

[0041] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫 粉按照 2: 3的质量比进行充分混合， 置于 155°C的氩气气氛下热熔处理 12h， 得到 电极材料 （Fe-PGM-S) ， 其 SEM图如图 2c和 2d所示。

[0042] Fe-PGM和 Fe-PGM-S的形成过程如图 1所示， 将 FeCl ^J溶液、 氨水和水合肼加 入石墨烯水溶胶中后， 再经过水热反应， 可以得到柱状三维石墨烯基水凝胶， 再经过冻干后就得到纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) ， 再将硫粉通过 熔融法加载到 Fe-PGM后， 即得到电极材料 （Fe-PGM-S) 。

[0043] 实施例 2

[0044] 本实施例提供了一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳 米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯多孔宏观体形成的复合物和负载 于所述复合物的纳米硫， 其中 ， 纳米硫占电极材料的总质量的 50wt.%， 纳米 Fe ₂ 0 ₃

占电极材料的总质量的 20wt.%， 复合物的比表面积为 500 m 2/g。

[0045] 其制备方法包括以下步骤：

[0046] Sl， 在搅拌条件下向浓度为 3mg/mL的氧化石墨烯水溶胶中加入 8mg/mL的 FeCl 3水溶液， 继续搅拌 lh， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混合液中加 入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 9.5， 得到混合溶液 Ml ;

[0047] 其中， 氧化石墨烯水溶胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中 ， 超声 1.5h， 即可得到均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0048] S2， 在搅拌条件下将 70mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入 SI得到的混合溶液 Ml中 ， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 8: 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 lh， 得 到混合溶液 M2;

[0049] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 160°C的电阻炉中恒 温 8h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将 柱状三维石墨烯基水凝胶取出后， 再冻干得到纳米 Fe ₂ 0 3

/石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 。

[0050] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫 粉按照 1 : 2的质量比进行充分混合， 置于 170°C的氩气气氛下热熔处理 10h， 得到 电极材料 （Fe-PGM-S) 。

[0051] 实施例 3

[0052] 本实施例提供了一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳 米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯多孔宏观体形成的复合物和负载 于所述复合物的纳米硫， 其中 ， 纳米硫占电极材料的总质量的 40wt.%， 纳米 Fe ₂ 0 ₃

占电极材料的总质量的 12wt.%， 复合物的比表面积为 700 m 2/g。

[0053] 其制备方法包括以下步骤：

[0054] Sl， 在搅拌条件下向浓度为 4mg/mL的氧化石墨烯水溶胶中加入 12mg/mL

的 FeCl ₃ 水溶液， 继续搅拌 3h， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混合 液中加入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 10.5， 得到混合溶液 Ml ;

[0055] 其中， 氧化石墨烯水溶胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中 ， 超声 2.5h， 即可得到均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0056] S2， 在搅拌条件下将 90mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入 SI得到的混合溶液 Ml中 ， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 6: 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 2.5h， 得到混合溶液 M2;

[0057] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 145°C的电阻炉中恒 温 10h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将 柱状三维石墨烯基水凝胶取出后， 再晾干得到纳米 _{Fe 2} 0 3

/石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 。

[0058] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫 粉按照 1 : 3的质量比进行充分混合， 置于 140°C的氩气气氛下热熔处理 15h， 得到 电极材料 （Fe-PGM-S) 。

[0059] 实施例 4

[0060] 本实施例提供了一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳 米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯多孔宏观体形成的复合物和负载 于所述复合物的纳米硫， 其中 ， 纳米硫占电极材料的总质量的 70wt.%， 纳米 Fe ₂ 0 ₃

占电极材料的总质量的 5wt.%， 复合物的比表面积为 400 m 2/g。 [0061] 其制备方法包括以下步骤：

[0062] Sl， 在搅拌条件下向浓度为 1.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶中加入 7mg/mL 的 FeCl ₃ 水溶液， 继续搅拌 2h， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混合 液中加入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 10， 得到混合溶液 Ml ;

[0063] 其中， 氧化石墨烯水溶胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中

， 超声 2h， 即可得到均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0064] S2， 在搅拌条件下将 90mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入 SI得到的混合溶液 Ml中

， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 9: 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 lh， 得 到混合溶液 M2;

[0065] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 175°C的电阻炉中恒 温 4h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将 柱状三维石墨烯基水凝胶取出后， 再冻干得到纳米 Fe ₂ 0 3

/石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 。

[0066] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫 粉按照 2.5: 3的质量比进行充分混合， 置于 165°C的氩气气氛下热熔处理 14h， 得 到电极材料 （Fe-PGM-S) 。

[0067] 实施例 5

[0068] 本实施例提供了一种基于石墨烯 /氧化物的电极材料， 所述电极材料包括由纳 米 Fe ₂ 0 ₃ 和石墨烯多孔宏观体形成的复合物和负载 于所述复合物的纳米硫， 其中 ， 纳米硫占电极材料的总质量的 55wt.%， 纳米 Fe ₂ 0 ₃

占电极材料的总质量的 25wt.%， 复合物的比表面积为 900 m 2/g。

[0069] 其制备方法包括以下步骤：

[0070] Sl， 在搅拌条件下向浓度为 3.5mg/mL的氧化石墨烯水溶胶中加入 l lmg/mL 的 FeCl ₃ 水溶液， 继续搅拌 2.5h， 混合均匀后得到均匀分散的混合液， 然后向混 合液中加入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 10， 得到混合溶液 Ml ;

[0071] 其中， 氧化石墨烯水溶胶的制备方法为： 称取氧化石墨粉末， 加入去离子水中 ， 超声 2.5h， 即可得到均匀分散的氧化石墨烯水溶胶。

[0072] S2， 在搅拌条件下将 75mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入 SI得到的混合溶液 Ml中 ， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 7.5: 10， 滴加完毕之后， 继续搅拌 1.5h ， 得到混合溶液 M2;

[0073] S3， 将 S2得到的混合溶液 M2置于水热反应釜中， 在温度为 185°C的电阻炉中恒 温 5h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将 柱状三维石墨烯基水凝胶取出后， 再烘干得到纳米 Fe ₂ 0 3

/石墨烯多孔宏观体 （Fe-PGM) 。

[0074] S4， 将 S3得到的纳米 Fe ₂ 0 ₃ /石墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫 粉按照 1.2: 3的质量比进行充分混合， 置于 145°C的氩气气氛下热熔处理 l lh， 得 到电极材料 （Fe-PGM-S) 。

[0075] 对比例 1

[0076] 本对比例提供了一种基于石墨烯的电极材料， 所述电极材料包括石墨烯多孔宏 观体和负载于所述石墨烯多孔宏观体的纳米硫 。

[0077] 其制备方法包括以下步骤：

[0078] Sl， 在搅拌条件下将 80mg/mL的水合肼溶液缓慢滴入浓度为 lmg/mL的氧化石 墨烯水溶胶中， 使得水合肼与氧化石墨烯的质量比为 7: 10， 滴加完毕之后， 继 续搅拌 2h， 向混合液中加入氨水 （质量分数为 28%) ， 调节 pH为 10， 得到混合 溶液；

[0079] S2， 将 SI得到的混合溶液置于水热反应釜中， 在温度为 180°C的电阻炉中恒温 6 h， 反应完成后冷却， 打幵内胆去除水相得到柱状三维石墨烯基水凝 胶， 将柱状 三维石墨烯基水凝胶取出后， 再冻干得到石墨烯多孔宏观体。

[0080] S3， 将 S2得到的墨烯多孔宏观体与粒径为 10nm-500nm的纳米硫粉按照 2: 3的 质量比进行充分混合， 置于 155°C的氩气气氛下热熔处理 12h， 得到电极材料 （P GM-S) 。

[0081] 对比例 2

[0082] 与实施例 1不同的是： S3中水热反应的温度为 80°C， 复合物的比表面积为 100 m

2/g。

[0083] 实施例 6

[0084] 本实施例提供了一种锂硫电池， 包括正极、 负极、 隔膜和电解液， 所述正极包 括正极集流体和参与电化学反应的正极活性材 料， 所述正极活性材料为实施例 1 的电极材料。 具体的， 以实施例 1的 Fe-PGM-S作为锂硫电池的正极活性材料、 锂 金属作为负极、 PP (聚丙烯膜)为隔膜以及 1M LiTFSI (DOL: DMC(1:1)， 0.5 wt.% UNO ₃ )为电解液， 组装成 2032型扣式半电池， 用对比例 1的 PGM-S作为对比 （对 比例 3) 进行电化学性能测试， 来研究金属氧化物对材料电化学性能的影响， 电 压范围为 1.7~2.8 V。

[0085] 将该电池在 0.3C、 0.5C、 1C、 2C及 5C下进行充放电测试， 图 3为相应的充放电 曲线。 在 0.3C的放电倍率下， Fe-PGM-S正极的首次放电容量为 1571.2 mAh/g， 具有很好的首次放电容量， 高于 PGM-S的 1190.8

mAh/g。 随着放电倍率提高至 0.5C、 1C、 2C及 5C， Fe-PGM-S正极的放电容量均 高于 PGM-S及 Fe-PGM-2-S相应的放电容量， 并且在 5C的高倍率下， 其放电曲线 仍具有两个明显的平台， 放电容量达 565.3 mAh/g。

[0086] 对按上述方法组装的新电池进行循环性能测试 ， 图 4为锂硫电池在 2C及 5C下的 循环稳定性。 在 2C倍率下， 初始放电容量可达 697.5 mAh/g， 经过 500周循环后期 容量仍然维持在 360.5 mAh/g， 每周的容量损失率仅为 0.080%; 在 5C倍率下， 首 次放电容量可达 613.9 mAh/g， 经过 1000圈循环容量为 309.3 mAh/g， 每圈的容量 损失仅为 0.049%。

[0087] 作为另一个对比， 将对比例 2的电极材料作为正极活性材料 （对比例 4) ， 按照 上述方法组装成 2032型扣式半电池， 并进行上述的电化学性能测试， 结果表明 ： 采用实施例 1的电极材料的锂硫电池具有更高的首次放电� �量、 更好的倍率性 能和循环稳定性。

[0088] 实施例 7- 10

[0089] 与实施例 6不同的是， 实施例 7-10的电池所用的正极活性材料分别为实施例� � 施例 2-5的 Fe-PGM-S , 其余同吋实施例 6， 这里不再赘述。

[0090] 将该电池在 0.3C、 0.5C、 1C、 2C及 5C下进行充放电测试， 测试其在各倍率下 的首次放电容量， 所得结果见表 1 ;

[0091] 对按上述方法组装的新电池进行循环性能测试 ， 经过 1000圈循环容量后计算每 圈的容量损失， 所得结果见表 1。 [0092] 表 1 : 实施例 6-10、 对比例 3和 4的充放电测试和循环性能测试结果。

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[0093] 由上表可以看出： 使用本发明的基于石墨烯 /氧化物的电极材料的锂硫电池具 有高的比容量和长的循环稳定性。

[0094] 通过与对比例 3， 我们发现： 相较于不含氧化物的石墨烯-硫电极材料， 使用本 发明的电极材料具有更高的比容量和更长的循 环稳定性； 通过与对比例 4的比较 ， 我们发现， 采用水合肼进行还原的温度的设置也是十分重 要的， 温度低吋， 采用该电极材料的锂硫电池的比容量和循环性 能均较差。

[0095] 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例 的限制， 以上实施方式仅是用于解释权利要求书。 然本发明的保护范围并不局 限于说明书。 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露 的技术范围内， 可 轻易想到的变化或者替换， 都包含在本发明的保护范围之内。