[發明專利]電極材料、正極、具有該正極的電池以及電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010511543.1
• 申請日: 2010-10-19
• 公開（公告）號: CN102456867A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 陳璞;馮治中
• 申請（專利權）人: 寶時得集團有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及一種電極材料，尤其涉及一種含有碳和硫的電極材料。

本發明還涉及一種具有含有碳和硫的正極。

本發明還涉及一種具有含有碳和硫的正極的電池。

本發明還涉及一種電極材料的制備方法。

背景技術

鋰電池作為現有技術中的一種高能量密度電池，被業界人員進行了廣泛的研究。目前，就制作鋰電池的電極材料，有很多的研究方案。

比如，一種含單質硫的納米碳材料。這種材料通過下面的方法制備。首先合成SBA-15（一種含硅的硬模板），然后將SAB-15與蔗糖混合后，在高溫下利用納米煅燒法制備CMK-3（一種介孔碳材料的名稱）。通過熔化-擴散法來制備CMK-3/S復合材料，主要是在155℃液化單質硫，利用毛細管作用力將液態硫吸入介孔碳的孔中。這種電極材料與普通的碳硫電極材料相比，具有更小的顆粒尺寸，顆粒之間的表面積大，能夠一定程度上解決正極材料的容量損失問題。另一種含單質硫的活性多孔碳材料。首先，聚醚表面活性劑F127與間苯三酚在甲醛的催化下聚合；然后在高溫850℃下碳化；將產物與KOH混合800℃下加熱，使其活化。通過液相滲透的方法，單質硫（溶解在CS₂溶液中）滲透入多孔碳中，從而形成含單質硫的活性多孔碳材料。不同S含量的S/C復合材料是通過反復的溶液浸漬/干燥過程來制備的。

現有技術中還公開了一種熔化混合的硫與活性碳材料。活性炭與單質硫按3：7的重量比混合，然后在150℃下融化硫，使其進入活性炭孔中；然后在300℃下蒸發硫，使其在活性炭表面沉積硫膜。

另一種碳硫材料的結構形式是鑲嵌S元素的聚丙烯腈脫氫六元環結構。聚丙烯腈脫氫后，生成含N的六元環結構。由于這種聚合物導電，能把S元素嵌入其環狀結構單元中，從而生成含碳和硫的六元環結構電極材料。

前面提到的一些現有技術中，電極材料均采用了納米結構，以減緩正極容量損失。但是，由于電極材料在電池的充放電過程中，中間反應產物的保護（防止流失）以及制作工藝不能夠保證S元素充分嵌入碳納米結構等因素，導致電池的循環壽命低。

發明內容

本發明提供一種有效改善循環壽命和電化學可逆性的電極材料。

為實現上述目的之一，本發明的技術方案是：一種電極材料，包括：碳和硫，所述碳為碳納米管，所述硫為納米硫，聚合物電解質、碳納米管、納米硫和電解質依次層層組裝。

優選的，所述碳納米管是多壁碳納米管。

優選的，所述聚合物電解質是帶正電荷的聚合物電解質。

優選的，所述電解質是聚環氧乙烷。

本發明還提供一種電池的正極。該電池正極包括上面所述的電極材料。

一種電池，包括正極、負極以及設于正極和負極之間的電解質，所述正極包括上面所述的電極材料。

本發明還提供一種電池的正極材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：將基底浸入聚合物電解質中，使聚合物電解質組裝為一層；將吸附有聚合物電解質的基底浸入碳納米管中，使碳納米管組裝為一層；將吸附有聚合物電解質和碳納米管的基底上涂覆硫溶液，使納米硫組裝為一層；將吸附有聚合物電解質、碳納米管和納米硫的基底浸入到電解質中，使電解質組裝為一層，形成聚合物電解質、碳納米管、納米硫和電解質依次層層組裝的正極材料。

優選的，所述碳納米管的濃度為0.5-2.0mg/ml，浸入時間30-180分鐘。

與現有技術相比，本發明利用層層自組裝技術，將聚合物電解質、碳納米管、納米硫以及電解質依次層層組裝，形成了一種具有較大硫表面積的電極材料。該材料中碳和硫兩種元素的結構設置合理，有效的反應面積大，能夠提高碳硫電極材料的電化學性能，提高循環壽命。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步說明。

圖1是本發明電極材料的具體實施例的結構示意圖。

圖2是本發明電極材料的具體實施例的制備工序示意圖。

圖3是本發明電池的一個具體實施例的結構示意圖。

圖4是本發明電池的另一個具體實施例的結構示意圖。

其中，

10?基底

12?碳納米管

14?納米硫

16?聚合物電解質

18電解質

22?電池

23?電池

24?正極

26?負極

27?電池電解質

28?正極電解質

30?負極電解質。