[發(fā)明專利]導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710406673.0
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107342401B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐輝;劉強(qiáng);覃旭松;鄧遠(yuǎn)富;齊威虎;陳國華
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳啟辰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合材料：在導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物的表面上，依次包覆有石墨烯功能膜層、離子聚合物功能膜層和導(dǎo)電聚合物功能膜層；制備方法：S1，將導(dǎo)電碳與硫混合后放入有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲溶解，然后進(jìn)行低溫真空蒸發(fā)；S2，將所得放入氧化石墨烯水溶液中進(jìn)行攪拌，添加還原劑，快速攪拌得到黑色絮狀沉淀物，常規(guī)處理；S3，將所得分散到離子聚合物單體水溶液中進(jìn)行包覆，常規(guī)處理；S4，將所得放入低溫氣相沉積容器內(nèi)，通入氣態(tài)聚合物單體和氧化劑，常規(guī)處理即得。本法制備出的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料，結(jié)構(gòu)新穎性能優(yōu)異且實(shí)現(xiàn)了高比容量、高庫倫效率和長循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料。本發(fā)明還涉及所述材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著移動通訊、便攜式電子設(shè)備、電動汽車和儲能設(shè)備等相關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對電池的性能，特別是比容量、能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能等，提出了越來越高的要求。因此，開發(fā)具有高性能、低成本和環(huán)境友好的新型鋰離子二次電池具有非常重要的戰(zhàn)略意義。正極材料的性能和價格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量密度、長壽命和低成本發(fā)展的瓶頸。例如現(xiàn)有的LiFePO₄，LiMn₂O₄及三元材料等正極材料，由于受其較低理論容量的限制，其比容量、能量密度的提升空間非常有限。因此，高能量密度、長循環(huán)壽命和低成本的新型鋰離子電池正極材料的研究與開發(fā)是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。單質(zhì)硫具有較高的理論比容量(1675mAh/g)和較高的理論比能量(2600Wh/kg)、儲量豐富、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為高比能量鋰離子電池優(yōu)良的正極材料。然而，單質(zhì)硫本身的導(dǎo)電性差(在常溫25攝氏度下，導(dǎo)電率僅為5×10^-30S/cm)，且在充放電過程中與鋰離子形成的多硫化物易溶于有機(jī)電解液中，導(dǎo)致了以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O構(gòu)筑的鋰硫電池循環(huán)性能差、比容量低、倍率性能差等缺點(diǎn)，從而制約了鋰硫電池的進(jìn)一步市場化。目前，已有許多國內(nèi)外的科研工作者利用各種方法改善硫電極的電化學(xué)性能，例如采用碳材料和氧化物材料以提高硫正極復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。其中，碳材料包括各種孔結(jié)構(gòu)的活性炭，碳管，碳纖維，石墨烯，氧化石墨烯等；氧化物材料包括氧化鈷，氧化鈦，氧化硅，氧化錳等。這些碳材料和氧化物材料的應(yīng)用，使得硫正極復(fù)合材料的某些方面性能得到了改善，例如比容量、倍率性能、循環(huán)性能等，但往往忽視了對于高庫倫效率的要求。而庫倫效率作為工業(yè)化生產(chǎn)的鋰硫電池尤為重要，其原因在于低的庫倫效率將快速的消耗電解液中的鋰鹽及腐蝕鋰負(fù)極，從而致使電池容量的快速衰減；硫正極的顆粒一般在納米及亞微米尺寸，這種尺度材料雖然提高了硫電池的比容量和倍率性能，但是因其較大的比表面積卻增加了電解液的使用量，降低了電池整體的質(zhì)量能量密度；顆粒尺寸過小導(dǎo)致材料的壓實(shí)密度低，也會影響電池的體積能量密度。綜上所述，將大大地降低鋰硫電池的市場競爭力。因此，在改善了鋰硫電池的比容量、倍率性能和循環(huán)性能的前提下，如何提高和保持鋰硫電池的高庫倫效率和高壓實(shí)密度(顆粒尺寸)將對其工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題，就是提供一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料。

本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題，就是提供上述導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料的制備方法。

采用本發(fā)明的制備方法制備出來的導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料，結(jié)構(gòu)新穎性能優(yōu)異且實(shí)現(xiàn)了高比容量、高庫倫效率和長循環(huán)壽命。

解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種導(dǎo)電聚合物/離子聚合物/石墨烯多功能膜層包覆碳/硫復(fù)合正極材料，其特征是：在導(dǎo)電碳/硫復(fù)合物的表面上，從里往外依次包覆有石墨烯功能膜層、離子聚合物功能膜層和導(dǎo)電聚合物功能膜層。