[發明專利]一種硫酸鋇-導電聚合物復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210199890.8
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114639802B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 陳遠強;張易寧;劉永川;劉飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/16;H01M4/62
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 孫小萬;周游

本申請公開了一種硫酸鋇?導電聚合物復合材料及其制備方法和應用，包括硫酸鋇顆粒和導電聚合物層；所述導電聚合物層完全包覆或不完全包覆所述硫酸鋇顆粒；所述導電聚合物層具有非致密結構；所述硫酸鋇顆粒負載在所述導電聚合物層的內表面。該材料具有高導電率，能夠均勻分散于負極中，在應用于電池負極時，既能夠保留硫酸鋇在負極中作為硫酸鉛的“成核”點特征，解決小顆粒硫酸鋇的分散問題，又能夠提高硫酸鋇的導電能力，在電池負極板內部導電網絡的構建，有效改善負極板的導電性，進而促進PbSOsubgt;4/subgt;轉化為Pb，從而顯著提高負極活性物質利用率，增強充電接受能力及延長高倍率部分荷電狀態下循環壽命。

技術領域

本申請涉及一種硫酸鋇-導電聚合物復合材料及其制備方法和應用，屬于電化學電源領域。

背景技術

鉛酸蓄電池在經過一百多年來發展，以其技術成熟、性價比高、安全性能好和回收利用率高達95％等優點在二次電源領域中長期占據絕對地位。然而，隨著新能源動力市場和再生能源儲能市場的不斷發展，要求二次電池能夠在高倍率部分荷電狀態下(HRPSoC)，具有較長的循環壽命，而現有鉛酸電池難以滿足這種更高的要求，最主要原因之一是負極的“硫酸鹽化”問題。為了改善負極“硫酸鹽化”問題，延長電池的循環壽命，常規技術方案是在制備負極中除了在負極中直接添加有機膨脹劑，如木素、碳材料外，或者單獨或混合添加了無機膨脹劑，如硫酸鋇。其中，在負極中添加無機膨脹劑硫酸鋇的目的在于利用硫酸鋇晶體與硫酸鉛晶體的同構性，在電池充放電反應過程中作為硫酸鉛晶體形成并長大的成核劑，以保證硫酸鉛晶體均勻分布在多孔的負極活性物質中，保持負極板發達的比表面積，從而延長電池的循環使用壽命。然而在使用過程中發現，直接在負極中直接添加硫酸鋇存在致命缺陷，而進一步限制了電池性能提升。缺陷體現在：第一，硫酸鋇本身為絕緣物質，在作為負極中硫酸鉛晶體形成并長大的成核劑同時，因表面高阻抗而起到“隔離”作用，致使負極活性物質利用率低；第二，當使用粒徑較小的硫酸鋇，在生產制程過程會發生團聚。在鉛酸蓄電池生產過程，不易在負極中分散，從而起不到應有的作用，而造成電池性能下降。加之，目前現在市場上使用的硫酸鋇粒徑普遍在1μm以上，粒徑分布較寬，作為添加劑添加到負極板中后，在負極板中的難以分布均勻，影響電池性能?！粳F有技術1】公開號：CN111498893.A公開了一種鉛酸蓄電池用硫酸鋇、其應用及復合添加劑，硫酸鋇的中位粒徑為0.1μm-0.8μm作為晶核添加到鉛膏中，生成的硫酸鉛晶粒的尺寸更加合理，更加均勻，使蓄電池性能更好，循環壽命更長。專利所述在硫酸鋇含有分散劑木素磺酸鈉以解決了0.1μm-0.8μm小顆粒在電極分散問題，特別是在0.1μm-0.3μm的分散，但是該專利仍然未提供解決用于顆粒小于0.1μm硫酸鋇以及硫酸鋇本身絕緣問題?！粳F有技術2】2017101706082含導電聚合物石墨烯的電池電極及其制備方法和應用，將導電聚合物直接添加到電極中與硫酸鋇等機械混合，仍然存在分散不均和硫酸鋇本身為絕緣物質的問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種高導電性硫酸鋇-導電聚合物復合材料及其制備方法和應用，該材料具有高導電率，能夠均勻分散于負極中，在應用于電池負極時，既能夠保留硫酸鋇在負極中作為硫酸鉛的“成核”點特征，解決小顆粒硫酸鋇的分散問題，又能夠提高硫酸鋇的導電能力，在電池負極板內部導電網絡的構建，有效改善負極板的導電性，進而促進PbSO₄轉化為Pb，從而顯著提高負極活性物質利用率，增強充電接受能力及延長高倍率部分荷電狀態下循環壽命。

根據本申請的一個方面，提供了一種硫酸鋇-導電聚合物復合材料。

一種硫酸鋇-導電聚合物復合材料，包括硫酸鋇顆粒和導電聚合物層；

所述導電聚合物層完全包覆或不完全包覆所述硫酸鋇顆粒；

所述導電聚合物層具有非致密結構；

所述硫酸鋇顆粒負載在所述導電聚合物層的內表面。

可選地，所述非致密結構包括孔隙結構。