[发明专利]电极复合材料及其制备方法、正极、具有该正极的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极复合材料的制备方法，具体的，涉及一种含有单质硫和导电聚合物的复合材料的制备方法。

本发明还涉及一种电极复合材料。

本发明还涉及含有电极复合材料的正极和电池。

背景技术

近年来，随着科技的发展，对能源尤其是可再生绿色能源的需求越来越突出，电池作为能量的储存和转换装置正发挥着不可替代的作用。锂离子电池因其具有很高的质量比能量和体积比能量，吸引了广泛的关注。低成本，高能量密度，长循环寿命，绿色环保的二次电池是目前锂离子电池开发的重点。

单质硫的理论比容量为1675mAh/g，与金属锂组装成电池的理论比能量可达到2600mAh/g，远高于目前已商品化的正极材料，成为当前电池发展的主要趋势。单质硫和含硫的无机硫化物、有机硫化物、聚有机二硫化物、有机多硫化物、聚硫代化物以及碳-硫聚合物等作为高容量的正极材料广受关注，但是这些材料依然存在一些问题。

中国专利CN101577323B提供了一种锂硫电池硫基正极的制备方法，制备方法中通过高能球磨机将硫基正极材料进行球磨混合，球磨过程耗时耗能，同时由于高能球磨还会对材料的结构和性能产生影响，从而最终影响硫基正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明提供一种简单易行的电极复合材料的制备方法。

本发明提供了一种电极复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将单质硫、丙烯腈单体、引发剂、乳化剂在水中混合，在50-100℃下进行聚合反应；反应后洗涤、干燥得到混合物；将所述混合物在惰性气体保护下进行热处理，所述热处理的温度范围为250-450℃，所述热处理的时间范围为2-10小时，制得具有多孔网状结构的硫/聚丙烯腈电极复合材料。

优选的，所述单质硫的粒径范围为50-500μm。

优选的，所述单质硫与丙烯腈单体的重量比例为6:1-2:1。

优选的，所述引发剂为过硫酸钾，所述引发剂在所述水中的重量百分比为范围0.05%-0.5%，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠，所述乳化剂在所述水中的重量百分比范围为0.5%-5%。

优选的，所述洗涤为离心洗涤。

优选的，所述干燥是在惰性气体环境或真空环境中进行，所述干燥的时间范围为2-12小时。

本发明还提供了一种电极复合材料，所述电极复合材料包括硫/聚丙烯腈，所述硫/聚丙烯腈具有多孔的网状结构。

优选的，电极复合材料的孔径尺寸范围为50-500nm，网的丝径范围为70-150nm。

本发明还提供了一种正极，所述正极包括如上所述的电极复合材料。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解液，正极包括正极集流体和正极活性物质，正极活性物质包括如上所述的电极复合材料。

本发明提供了一种电极复合材料的制备方法，制备方法采用在单质硫存在的情况下原位聚合丙烯腈单体，并且通过随后的热处理获得硫/脱氢化聚丙烯腈电极复合材料。本发明中的制备方法简单，易于工业化，并且制备得到的电极复合材料具有优异的电化学性能。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

图1是实施例1和对比例1中S/PAN的红外光谱图；

图2是对比例1中S/PAN的TEM图片；

图3是实施例1中S/PAN的TEM图片；

图4是实施例2中电池的循环伏安图谱；

图5是实施例2中电池在0.2C倍率下的充放电曲线；

图6是实施例2中电池在不同的倍率下的循环性能曲线。

具体实施方式

一种电极复合材料的制备方法，电极复合材料可应用于电化学装置，电化学装置包括但不仅限于电池。

电极复合材料是通过单质硫和丙烯腈单体复合得到，具体的，制备方法包括如下步骤：

将单质硫、丙烯腈单体、引发剂、乳化剂在水中混合，在50-100℃下进行聚合反应；反应后洗涤、干燥得到混合物；将混合物在惰性气体保护下进行热处理，制得具有多孔网状结构的硫/聚丙烯腈电极复合材料。

单质硫有着可观的理论比容量，但是室温下单质硫为电子和离子的绝缘体，硫含量100%的单质硫正极在室温下是不可能进行充放电。因此，硫电极中必须加入一定的电子和离子导电体。