[發明專利]一種自修復水凝膠微膠囊復合材料及其制備方法及自修復鋰硫電池正極、電池

有效

• 申請號: 202010027560.1
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111193017B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 劉金云;鐘艷;韓闐俐;朱夢菲;喬雪;周婷;李金金
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發明公開了一種自修復水凝膠微膠囊復合材料及其制備方法及自修復鋰硫電池正極、電池，將吡咯與植酸溶解在異丙醇中得到的混合溶液A與硫酸銨水溶液和去離子水混合，得到前驅體溶液B；將2?羥基?2?甲基苯丙酮與三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯分散于無水乙醇中，再加熱揮發除去無水乙醇，得到混合溶液C；以前驅體溶液B、混合溶液C、聚乙烯醇水溶液作為內相、外相、驅動相，利用液驅同軸流動聚焦技術制備得到微膠囊，洗滌后靜置2～3天，烘干得到自修復水凝膠微膠囊復合材料，以其摻雜在硫粉中作為活性物質制備鋰硫電池正極，在電極片發生裂痕時，微膠囊中的水凝膠被釋放對鋰硫電池的正極片的裂痕進行精準修復，從而可維持鋰硫電池良好的性能。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種自修復水凝膠微膠囊復合材料及其制備方法及自修復鋰硫電池正極、電池。

背景技術

由于環境污染和化石燃料的枯竭，當下不可再生能源存儲量日益減少、氣候環境日益惡劣、生態系統越來越脆弱，太陽能和風能等清潔和可再生能源的需求變得越來越迫切，因此發展具有高能量密度、長循環壽命、高安全性、綠色環保和低成本的二次電池在新能源領域具有重大意義。

鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，其理論比能量高達(2600Wh Kg^-1)，其較高的理論比容量(1675mAh g^-1)，遠高于目前商業化的鋰離子電池。鋰硫電池在充放電的過程中會出現一定程度的體積膨脹，而體積膨脹的同時會導致鋰硫電池的電極片出現裂紋，長期的反復充放電會致使裂紋不斷擴大，進而會致使活性物質從集流體脫落進而影響電池的性能，致使電池中硫的利用率低、循環性能差、容量衰減快、倍率性能差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種自修復水凝膠微膠囊復合材料及其制備方法及自修復鋰硫電池正極、電池。所述自修復水凝膠微膠囊復合材料由三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯外殼包裹水凝膠形成，將其與硫粉摻雜后作為鋰硫電池正極的正極活性物質，在鋰硫電池的正極片發生裂痕時，包裹水凝膠的微膠囊外殼會發生破裂進而可釋放出水凝膠，具有自愈合功能的水凝膠被釋放后可對鋰硫電池的正極片的裂痕進行精準修復。

本發明采取的技術方案為：

一種自修復水凝膠微膠囊復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將吡咯與植酸溶解在異丙醇中，超聲后，得到均勻的混合溶液A；

(2)將混合溶液A與硫酸銨水溶液和去離子水混合，得到無色粘稠的前驅體溶液B；混合溶液A與硫酸銨水溶液直接混合會出現分層的現象，而去離子水的加入可以使混合溶液A與硫酸銨水溶液充分混合作用進而形成粘稠均一的液體；

(3)將2-羥基-2-甲基苯丙酮與三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯分散于無水乙醇中，混合均勻，然后加熱揮發除去無水乙醇，得到混合溶液C；

(4)以步驟(2)中的前驅體溶液B、混合溶液C、聚乙烯醇水溶液分別作為內相、外相、驅動相，利用液驅同軸流動聚焦技術，內相和外相在驅動相的剪切作用下得到微膠囊，經洗滌后，靜置2～3天，烘干，即可得到所述自修復水凝膠微膠囊。

步驟(1)中，所述異丙醇、植酸、吡咯的體積比為(10～100)：(10～30)：(5～15)。

步驟(2)中，所述硫酸銨水溶液的濃度為0.05～0.3g/mL，優選為0.09～0.2g/mL。

步驟(2)中，所述混合溶液A、硫酸銨水溶液、去離子水的體積之比為(1～2)：(0.8～2)：(1～3)，優選為(1～1.2)：(0.8～1)：(1～2)。

步驟(3)中，2-羥基-2-甲基苯丙酮、三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯、無水乙醇的體積之比為(0.1～1)：(2～20)：(2～20)，優選為(0.2～0.4)：20：20。