[發明專利]電極復合材料及其制備方法、正極、具有該正極的電池

在審

• 申請號: 201210336173.1
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN103682353A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 陳璞;張永光
• 申請（專利權）人: 蘇州寶時得電動工具有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/04;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電極復合材料。

本發明還涉及一種電極復合材料的制備方法。

本發明還涉及一種具有該電極復合材料的正極。

本發明還涉及一種具有該正極的電池。

背景技術

近年來，隨著科技的發展，對能源尤其是可再生綠色能源的需求越來越突出，電池作為能量的儲存和轉換裝置正發揮著不可替代的作用。鋰離子電池因其具有很高的質量比能量和體積比能量，吸引了廣泛的關注。低成本，高能量密度，長循環壽命，綠色環保的二次電池是目前鋰離子電池開發的重點。

目前商品化的正極材料主要是層狀或尖晶石結構的鋰過渡金屬氧化物(如鈷酸鋰、錳酸鋰)和橄欖石結構的磷酸鐵鋰等。鈷酸鋰(LiCoO₂)的理論容量相對較大，275mAh/g，但其價格高，有一定毒性，而且該正極材料在過充時易發生放熱分解反應，不僅使電池容量明顯下降，同時對電池安全也造成威脅；錳酸鋰(LiMn₂O₄)的理論容量為148mAh/g，實際容量低于130mAh/g，該正極材料的穩定性不好，在充放電過程中容易引起晶格變形，導致循環效率偏低；磷酸鐵鋰(LiFePO₄)的理論容量為172mAh/g，該正極材料的導電性差，使得電池的可逆容量降低。上述常用鋰離子電池正極材料容量普遍不高，同時也均存在一些問題，不能滿足電池開發需求。

單質硫的理論比容量為1675mAh/g，與金屬鋰組裝成電池的理論比能量可達到2600mAh/g，遠高于目前已商品化的正極材料，成為當前電池發展的主要趨勢。單質硫和含硫的無機硫化物、有機硫化物、聚有機二硫化物、有機多硫化物、聚硫代化物以及碳-硫聚合物等作為高容量的正極材料廣受關注，但是這些材料依然存在一些問題。

首先，單質硫和硫化物本身的導電性很差，需加入大量的導電劑來增加其導電性；其次，單質硫作為正極活性材料時，雖然完全充電時正極上存在的元素硫和完全放電時存在的Li₂S難溶于極性有機電解質，但是部分充放電正極存在的多硫化鋰易溶于極性有機電解質，另外，聚有機硫化物放電時產生的小分子硫化物也易溶于有機電解質，影響電池的循環性能。因此，如何改善材料的導電性，并解決充放電中間產物的溶解問題，提高電池的循環性能，是含硫正極材料的研究重點。

中國專利申請CN101891930A提供了一種含碳納米管的硫基復合正極材料，單質硫鑲嵌入復合材料中，提高了電池容量，但是由于正極材料采用了碳納米管這一價格昂貴的材料，使得該電池成本價高，工藝較復雜，不適合產業化。

發明內容

本發明提供一種高電極容量以及電化學可逆性好的電極復合材料。

本發明提供了一種電極復合材料，所述電極復合材料包括單質硫，聚吡咯和多壁碳納米管。

優選的，所述電極復合材料具有核殼管狀結構，所述電極復合材料的管徑尺寸范圍為60-140nm。

優選的，具有管狀結構的所述電極復合材料的平均直徑為81nm。

優選的，所述聚吡咯形成于所述多壁碳納米管上。

優選的，所述單質硫包覆所述聚吡咯和多壁碳納米管。

優選的，所述聚吡咯連接所述單質硫和多壁碳納米管。

優選的，在所述電極復合材料中，所述單質硫的比重范圍為30-85％，所述聚吡咯的比重范圍為10-40％，所述多壁碳納米管的比重范圍為5-30％。

本發明還提供了一種正極，所述正極包括如上所述的電極復合材料。

本發明還提供了一種電池，包括正極、負極以及設于正極和負極之間的電解質，所述正極至少包括如上所述的電極復合材料。

本發明還提供了一種電極復合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

將聚吡咯/多壁碳納米管加入到含硫的懸浮液中，分散均勻后干燥，將干燥后的所得物在惰性氣體氛圍中加熱處理，得到所述電極復合材料。

優選的，所述加熱處理的溫度范圍為150-300℃，加熱處理時間范圍為3-5h。

優選的，所述分散是在超聲條件下進行的。

優選的，所述聚吡咯/多壁碳納米管通過原位聚合法制備，包括如下步驟：