[发明专利]一种正极及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池

说明书

本发明公开了一种正极及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池。该正极中包含硫掺杂石墨烯材料。包含该正极的锂/亚硫酰氯电池在大电流放电条件下具有更高的放电比容量，这说明硫掺杂石墨烯材料具有催化亚硫酰氯还原的作用，一方面拓展了硫掺杂石墨烯的应用，另一方面也提供了一种新型的锂/亚硫酰氯电池，对锂亚硫酰氯电池的进一步研发提供了有利的基础。

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种正极及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池。

背景技术

锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)电池因具有宽温应用范围(-55～85℃)、低放电率、高闭路电压(3.6V)及储存寿命长(20年/20℃)等优异性能，被广泛应用于航天航空、智能仪表等领域。

在Li/SOCl₂电池中，液态的SOCl₂既是电解液也是正极活性物质，因而具有很高的比能量，SOCl₂吸附在多孔碳电极中发生还原反应2SOCl₂+4e^-→S+SO₂+4Cl^-，碳作为SOCl₂的载体同时也是SOCl₂还原的催化剂，但是SOCl₂在固液界面的还原反应很慢，难以支持大电流放电，因而需要加入催化剂来提高SOCl₂的还原反应速率。

目前主要在Li/SOCl₂电池中加入大环化合物类催化剂来改善上述问题，该大环化合物涉及单核/双核过渡金属酞菁类、卟啉类、希夫碱类，或者该大环化合物与碳纳米管或石墨烯等复合的复合物，虽然上述催化剂在一定程度上提高了SOCl₂的还原反应速率，但仍然难以支持大电流放电，且上述催化剂易溶于Li/SOCl₂电池的电解液中，含有上述催化剂的Li/SOCl₂电池在长期储存中，催化剂的催化活性会逐渐衰减，另外，制备上述催化剂的原料毒性较大，因而限制了上述催化剂在Li/SOCl₂电池中的进一步应用。

石墨烯中碳原子的sp2杂化结构使石墨烯具有理想的二维结构，同时具有大的比表面积(2630cm²/g)及良好的化学稳定性。对石墨烯进行化学掺杂能够有效地调节其电子结构，改善其物理及化学性质，从而优化石墨烯的性能，拓展石墨烯的应用。

目前，杂原子掺杂石墨烯材料主要应用于锂离子电池、超级电容器及燃料电池中，然而，杂原子掺杂石墨烯材料应用于不同的体系其作用机制差别很大，在锂离子电池和超级电容器中，杂原子掺杂石墨烯被直接作为电极材料应用，而在燃料电池中，其作为催化剂使用，当其作为催化剂时，由于不同体系的催化机理的差异及不同杂原子掺杂对杂原子掺杂石墨烯性能的影响，使得杂原子掺杂石墨烯并不一定适用于各类催化体系。

目前未见硫掺杂石墨烯材料作为催化剂应用于Li/SOCl₂电池中的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种正极及采用该正极的锂/亚硫酰氯电池。本发明利用硫掺杂石墨烯作为催化剂应用于锂/亚硫酰氯电池中，在大电流放电下能有效提高电池的放电比容量。

具体而言，本发明的目的之一在于提供一种正极，所述正极中包含硫掺杂石墨烯材料。

优选地，上述硫掺杂石墨烯材料的分子结构中，硫元素进入石墨烯分子结构中以噻吩硫的形式存在。

优选地，上述正极中还包括炭黑和粘结剂。

优选地，上述正极由硫掺杂石墨烯材料、炭黑和粘结剂组成。

优选地，上述正极中炭黑、硫掺杂石墨烯材料、粘结剂的质量比为1：(0.001～0.1)：(0.01～0.1)。