[發(fā)明專利]聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料及二次電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410534183.5
• 申請(qǐng)日: 2014-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104362313A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙宇光;鐘毓娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京中儲(chǔ)新能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/05
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于屬于電池材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料及其制備方法，本發(fā)明還涉及一種包括此復(fù)合正極材料的二次鋁電池。

背景技術(shù)

隨著電子和通訊設(shè)備、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新電源的快速發(fā)展，人類對(duì)配套電源的電池性能需求越來(lái)越高，迫切需要開(kāi)發(fā)具有能量高、成本低、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保、電池材料資源豐富以及可循環(huán)利用的動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池。二次鋁硫電池是具有高能量密度的一種新型電池體系，具有很高的應(yīng)用潛力和商業(yè)價(jià)值。

二次鋁硫電池的工作原理是硫與鋁之間的可逆氧化還原反應(yīng)。目前，鋁硫電池的技術(shù)瓶頸在于硫基正極材料存在著活性材料損失、導(dǎo)電性差、還原過(guò)程產(chǎn)生的中間體多聚硫化物易溶于電解液、部分溶解的多聚硫化物擴(kuò)散到達(dá)金屬鋁負(fù)極表面產(chǎn)生自放電反應(yīng)及沉積在負(fù)極上使其鈍化等問(wèn)題。因此，如何改善材料的導(dǎo)電性，并解決充放電中間產(chǎn)物的溶解問(wèn)題，提高電池的循環(huán)性能，是硫基正極材料的研究重點(diǎn)。

為了減少這些不利因素，最常見(jiàn)的策略就是將硫同導(dǎo)電性能好的物質(zhì)復(fù)合。炭材料是常用的導(dǎo)電劑，其中有序介孔炭具有有序排列的介孔孔徑、電導(dǎo)率高、比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高，是理想的電極材料，但是其比容量較低、能量密度較小。導(dǎo)電聚合物也常同硫復(fù)合制備電極材料，其中聚吡咯由于原料易得、導(dǎo)電性高、能量密度高、充放電快速，是電極材料的研究熱點(diǎn)，但是聚吡咯的循環(huán)性能較差，在充放電過(guò)程中產(chǎn)生體積膨脹和收縮，導(dǎo)致其易從電極脫落。

發(fā)明內(nèi)容

（一）??發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料，所述復(fù)合材料具有三維多孔結(jié)構(gòu)，硫以納米尺度均勻負(fù)載其中，載硫量大，正極活性物質(zhì)硫利用率高，所制備的二次鋁電池容量大、循環(huán)穩(wěn)定性好。

聚吡咯和介孔炭二者的協(xié)同效應(yīng)，使得上述三維多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。其納米孔隙具有較好的滲透性，既有利于電解液中的活性離子的擴(kuò)散，提高電子傳輸速率，加快電池充放電速率，又有利于充分利用電極材料的活性電位，產(chǎn)生較大的比電容，同時(shí)納米孔道對(duì)小分子硫化物等中間產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的吸附作用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)正極活性材料硫的固定、抑制，減緩硫的流失；同介孔炭復(fù)合后聚吡咯的比容量和導(dǎo)電性得到大幅度提高，同時(shí)有效抑制了聚吡咯在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的膨脹和收縮，提高了電極的循環(huán)穩(wěn)定性；而且，聚吡咯和硫復(fù)合形成的硫-碳化學(xué)鍵中的交聯(lián)作用還能進(jìn)一步抑制硫的流失；此外，上述復(fù)合材料導(dǎo)電性優(yōu)良，電極制備中無(wú)需另外添加導(dǎo)電劑，進(jìn)一步提高了電極的比容量。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備上述聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料的方法。

本發(fā)明的目的還在于提供一種包括聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合材料的二次鋁電池。

（二）??技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料，其特征在于，包括：

(a)???有序介孔炭；?

(b)???聚吡咯，其特征在于，以介孔炭為載體原位聚合制得；

(c)???硫。

本發(fā)明所述的聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料，其特征在于，所述有序介孔炭采用模板法制備，孔徑為10nm左右。

本發(fā)明所述的聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料，其特征在于，所述復(fù)合材料含有5~10wt%有序介孔炭、20~30wt%聚吡咯和60~70wt%硫。

本發(fā)明所述的聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料，其特征在于，所述復(fù)合材料為三維多孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（a）有序介孔炭的制備：以P123為模板劑，正硅酸乙酯為硅源合成模板，然后以蔗糖為碳源合成有序介孔炭，將制備的有序介孔炭置于酸液中進(jìn)行活化，取出烘干備用；

（b）聚吡咯的復(fù)合：將1g吡咯單體和5g對(duì)甲苯磺酸溶于50ml?20wt%乙醇溶液中，將制備好的有序介孔炭0.3g加入混合溶液中，真空下攪拌2h混合均勻，將過(guò)硫酸銨溶液（其中過(guò)硫酸銨質(zhì)量為3g）滴入其中，在冰水浴中攪拌15h，取出產(chǎn)物過(guò)濾清洗烘干備用；

（c）復(fù)合硫：將制備好的聚吡咯/介孔炭復(fù)合材料與單質(zhì)硫按質(zhì)量比1:5~1:20放入管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至400℃得到聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料。

一種二次鋁電池，包括正極、負(fù)極和電解液，其特征在于：

(a)???正極，其特征在于，所述正極包括聚吡咯/介孔炭/硫復(fù)合電極材料；