[發明專利]一種包含氮摻雜石墨烯的正極、其制備方法及采用該正極的鋰電池

有效

• 申請號: 201610211125.8
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105680048B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 袁中直;李碧梅;徐瑛;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M4/1393
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 孟金喆;胡彬

本發明提供了一種包含氮摻雜石墨烯的鋰/亞硫酰氯電池用正極、其制備方法及采用該正極的鋰/亞硫酰氯電池，所述鋰/亞硫酰氯電池用正極中加入了氮摻雜石墨烯作為催化劑，使得采用本發明的正極制作得到的鋰/亞硫酰氯電池具有更優異的電化學性能，顯著提高了鋰/亞硫酰氯電池的放電電壓及放電容量，常溫下用放電測試系統在25mA·cm^?2的電流密度條件下放電至2.0V，放電比容量高達1700mAh·g^?1以上，放電電壓為2.83V，比正極中未加入催化劑的鋰/亞硫酰氯電池的放電比容量高約600mAh·g^?1，放電電壓高100mV。

技術領域

本發明屬于電化學領域，涉及一種鋰/亞硫酰氯用正極、其制備方法及采用該正極的鋰電池，尤其涉及一種包含氮摻雜石墨烯催化劑的鋰/亞硫酰氯正極、其制備方法及采用該正極的鋰/亞硫酰氯電池。

背景技術

鋰/亞硫酰氯(Li/SOCl₂)電池具有比能量高、儲存和使用壽命長、體積小和放電平臺穩定等特點，使其被廣泛應用于工業生產，例如航空航天、日常生活各領域，尤其是在長壽命儀器儀表中具有廣泛的應用。在該電池中，液態的SOCl₂既是電解液也是陰極活性物質，因而具有很高的比能量。SOCl₂吸附在多孔碳陰極中發生還原反應：2SOCl₂+4e^-→S↓+SO₂+4Cl^-，碳作為SOCl₂的載體同時也是催化SOCl₂還原的催化劑，但SOCl₂在固液界面的還原反應很慢，難以支持電池大電流放電，而只能以小電流放電。

為了解決鋰/亞硫酰氯難以支持大電流放電的問題，通常在鋰/亞硫酰氯電池的正極或電解液中加入催化劑，以提高SOCl₂的還原反應速度，文獻中報道的催化劑主要是過渡金屬大環化合物，如鐵卟啉和酞菁類及席夫堿過渡金屬配合物等，然而這些大環化合物合成復雜，且其中的主要原料，如氰化物劇毒且很昂貴，因此，亟待開發一種簡便合成新型催化劑的方法。

CN 102936260 A公開了一種亞酞菁化合物、制備方法及其用于鋰/亞硫酰氯電池催化的應用。其通過溶劑法制備一系列亞酞菁配合物，包括外圍苯環有取代和無取代的亞酞菁，以制備得到的亞酞菁作為催化劑加入到電解液中進行電化學性能測試，測試時，電解液中含有濃度為2mg/1mL的亞酞菁催化劑，以未被氧化的鋰片作為負極，乙炔黑和聚四氟乙烯按一定比例混合碾壓制備得到的薄膜材料作為正極，由玻璃纖維絲制成的非有機物薄膜作為隔膜。結果表明，加入了催化劑的電池中，由于亞酞菁的立體構型及大環共軛體系良好的電子傳導能力，使碳正極表面存在較為疏松的結構，相對于不添加催化劑的電池，更有利于電極反應的進行。CN 101507930 A公開了一種金屬酞菁/碳納米管復合催化劑及其制備方法以及使用這種催化劑的鋰/亞硫酰氯電池。采用金屬酞菁類化合物及碳納米管制備得到金屬酞菁/碳納米管復合催化劑，作為添加劑用于制備正極，正極主要組分為乙炔黑，且乙炔黑中添加了金屬酞菁/碳納米管復合催化劑，添加量為乙炔黑的0.01～15wt％。對其電化學性能進行測試表明，在正極中加入金屬酞菁/碳納米管復合催化劑可提高放電中點電壓，提高電池的電化學性能。CN 101414677 B公開了一種鋰/亞硫酰氯電池碳陰極的制備方法。其陰極的制備方法如下：(a)和粉：乙炔黑、聚四氟乙烯水溶液和異丙醇的重量比為22：5：200，酞菁鈷配合物的加入量為固體混合物總量的2～10％，將各組分混合均勻得到陰極膏狀物，再經(b)碾壓成型和(c)真空烘干制備得到鋰/亞硫酰氯電池碳陰極。酞菁鈷配合物既作為電催化劑，又作為造孔劑，可提高鋰/亞硫酰氯電池的放電容量和工作電壓，提高電池的大電流放電能力。但是，上述三篇專利中通過在電解液中或正極中加入的催化劑，雖然可以提高電池的放電性能，但是得到的電池在大電流條件下的放電比容量仍相對較低，有待進一步提高。