[发明专利]一种正极、其制备方法及采用该正极的锂电池

说明书

本发明提供了一种正极、其制备方法及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池，所述正极中加入了类大环结构化合物——过渡金属和氮掺杂石墨烯作为催化剂，使采用本发明的正极制作得到的锂/亚硫酰氯电池具有更优异的电化学性能，不仅显著提高采用该正极制备得到的锂/亚硫酰氯电池的放电电压及放电容量，还显著提高了制备得到的锂/亚硫酰氯电池的催化活性保持率，其催化活性保持率明显优于采用现有技术常用的大环化合物催化剂(如：酞箐钴CoPc)的正极制备得到的锂/亚硫酰氯电池的催化活性保持率，常温下用放电测试系统在25mA·cm^‑2的电流密度条件下放电至2.0V，放电比容量高达1850mAh·g^‑1，放电电压提高了180mV以上。

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种正极、其制备方法及采用该正极的锂电池，尤其涉及一种包含过渡金属和氮掺杂石墨烯催化剂的正极、其制备方法及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池。

背景技术

锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)电池具有高比能量和长寿命等特点，使其在长寿命仪器仪表中具有广泛的应用。在该电池中，液态的SOCl₂既是电解液也是阴极活性物质，因而具有很高的比能量。SOCl₂吸附在多孔碳阴极中发生还原反应：2SOCl₂+4e^-→S↓+SO₂+4Cl^-，碳作为SOCl₂的载体同时也是催化SOCl₂还原的催化剂，但SOCl₂在固液界面的还原反应很慢，难以支持电池大电流放电，需要加入催化剂来提高SOCl₂的还原反应速率。

CN 102936260 A公开了一种亚酞菁化合物、制备方法及其用于锂/亚硫酰氯电池催化的应用。其通过溶剂法制备一系列亚酞菁配合物，包括外围苯环有取代和无取代的亚酞菁，以制备得到的亚酞菁作为催化剂加入到电解液中进行电化学性能测试，测试时，电解液中含有浓度为2mg/1mL的亚酞菁催化剂，以未被氧化的锂片作为负极，乙炔黑和聚四氟乙烯按一定比例混合碾压制备得到的薄膜材料作为正极，由玻璃纤维丝制成的非有机物薄膜作为隔膜。结果表明，加入了催化剂的电池中，由于亚酞菁的立体构型及大环共轭体系良好的电子传导能力，使碳正极表面存在较为疏松的结构，相对于不添加催化剂的电池，更有利于电极反应的进行。CN 102856564 A公开了一种将特定结构的半紫菜嗪(H₂hp)溶解在锂/亚硫酰氯电池的电解液中提高锂/亚硫酰氯电池的放电电压及放电时间的方法，其中所述的半紫菜嗪H₂hp是一种大环类化合物，由于该大环类化合物溶解在电解液中，因而得到的锂/亚硫酰氯电池长时间储存后放电性能下降的问题很突出。CN 101414677 A公开了一种锂/亚硫酰氯电池碳阴极的制备方法。其阴极的制备方法如下：(a)和粉：乙炔黑、聚四氟乙烯水溶液和异丙醇的重量比为22：5：200，酞菁钴(CoPc)配合物的加入量为固体混合物总量的2～10％，将各组分混合均匀得到阴极膏状物，再经(b)碾压成型和(c)真空烘干制备得到锂/亚硫酰氯电池碳阴极。酞菁钴配合物既作为电催化剂，又作为造孔剂，可提高锂/亚硫酰氯电池的放电容量和工作电压，提高电池的大电流放电能力。但是，上述专利中通过在电解液中或正极中加入的催化剂，虽然可以提高电池的放电性能，但是得到的电池在大电流条件下的放电比容量仍相对较低，有待进一步提高，而且，由于这些催化剂中包括的大环类催化剂都易溶于锂/亚硫酰氯电池的电解液，含有过渡金属大环化合物催化剂的锂/亚硫酰氯电池在长期储存后，催化剂的催化活性会逐渐衰减，所以限制了该类催化剂在锂/亚硫酰氯电池中的实际应用。

因而，有必要开发一种新型的锂/亚硫酰氯电池，使其不仅具有在大电流放电条件下具有高的放电容量的特点，而且经长时间储存后仍然表现出优异的电化学性能。

发明内容