电极复合材料及其制备方法、以及具有该电极复合材料的正极和电池技术

本发明专利技术提供了一种电极复合材料，包括M13噬菌体和单质硫。该电极复合材料具有良好的热稳定性能以及良好的电化学性能，能够有效解决在电池充放电过程中活性材料损失的问题，提高电池的放电容量。本发明专利技术还提供一种电极复合材料的制备方法以及包括该电极复合材料的正极和电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电极复合材料。本专利技术还涉及一种电极复合材料的制备方法。本专利技术还涉及一种包括电极复合材料的正极和电池。
技术介绍
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。锂离子电池作为一种新型的可再生二次能源，因其具有低成本，高质量比能量，高体积比能量，高能量密度，长循环寿命等优势，是目前电池领域开发的重点，且已经在手机、笔记本电脑、电动工具、数码相机以及电动汽车等领域得到了广泛应用。目前商品化的锂离子电池正极材料主要是层状或尖晶石结构的锂过渡金属氧化物(如钴酸锂、锰酸锂)和橄榄石结构的磷酸铁锂等。钴酸锂(LiCoO2)的理论容量相对较大，275mAh/g，但其价格高，有一定毒性，而且该正极材料在过充时易发生放热分解反应，不仅使电池容量明显下降，同时对电池安全也造成威胁；锰酸锂(LiMn2O4)的理论容量为148mAh/g，实际容量低于130mAh/g，该正极材料的稳定性不好，在充放电过程中容易引起晶格变形，导致循环效率偏低；磷酸铁锂(LiFePO4)的理论容量为172mAh/g，该正极材料的导电性差，使得电池的可逆容量降低。上述常用锂离子电池正极材料容量普遍不高，同时也均存在一些问题，不能满足电池开发需求。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。但是在充放电过程中，单质硫会转化为多硫化物，而多硫化物会溶于液体有机电解液中，这些活性物质的损失则会导致电池循环性能的恶化，导致了锂硫电池在实际应用中受限。为了更好的运用锂硫电池，已探索出解决硫正极缺陷的一些途径，例如合成碳-硫复合物以及导电聚合物的表面包覆等，但是目前所制备的锂硫电池正极电极复合材料的电化学性能依然不够理想，单质硫电极复合材料在充放电过程中的穿梭效应仍然难以得到有效的抑制，因此需要寻找新的电极复合材料及其方法，更好的解决硫正极所存在的缺陷。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种电极复合材料，该电极复合材料具有良好的热稳定性能以及良好的电化学性能，能够有效解决在电池充放电过程中活性材料损失的问题，提高电池的放电容量。本专利技术提供一种电极复合材料，电极复合材料包括M13噬菌体和单质硫。优选的，所述M13噬菌体和所述单质硫的质量比为50:50～60:40。优选的，所述M13噬菌体和所述单质硫的质量比为55.7:44.3。本专利技术提供一种正极，包括上述的电极复合材料。本专利技术还提供一种锂硫电池，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极包括上述的电极复合材料。本专利技术还提供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M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液混合，将混合物干燥，得到M13噬菌体/硫电极复合材料。优选的，所述M13噬菌体悬浮液与所述单质硫水分散溶液的体积比为20:1～30:1。优选的，所述单质硫水分散溶液中单质硫的质量百分含量为8%～12%。优选的，所述混合通过摇床振荡实现；所述摇床振荡的时间为1小时～3小时。优选的，所述干燥的温度为60℃～80℃，所述干燥的时间为36小时～48小时。M13噬菌体能够自然的、牢固的与单质硫结合在一起，M13噬菌体/硫电极复合材料在作为锂硫电池正极材料时，在充放电过程中，所形成的多硫化物也能够与M13噬菌体很好的结合，从而很好的抑制了单质硫在充放电过程中的穿梭效应，抑制了单质硫的损失，提高了正极材料的利用率，同时也能够明显提高锂硫电池的放电容量。另外，M13噬菌体/硫电极复合材料具体可通过以M13噬菌体作为模板来制得，M13噬菌体是一种细丝状的生物材料，具有良好的纳米尺寸结构，具有可再生性、无毒性以及丰富的可修饰点，且能够低成本的实现批量化生产，通过以M13噬菌体为模板，能够制备结构精细、价格低廉，无毒环保，可规模化生产的纳米级电极复合材料，同时，材料具有良好的电化学性能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为实施例1所提供M13噬菌体/硫电极复合材料的红外光谱图；图2为实施例1所提供M13噬菌体/硫电极复合材料的热重分析图谱；图3为实施例3所提供电池的恒流充放电测试曲线；图4为实施例3所提供电池的循环性能图；图5为对比例2所提供电池的恒流充放电测试曲线；图6为对比例2所提供电池的循环性能图。具体实施方式一种电极复合材料，该电极复合材料具有良好的电化学性能，能够有效解决在电池充放电过程中活性材料损失的问题。一种电极复合材料，电极复合材料包括M13噬菌体和单质硫，在该电极复合材料中，M13噬菌体能够自然的、牢固的与单质硫结合在一起。电极复合材料中，M13噬菌体和单质硫的质量比为50:50～60:40，更优选的实施方式中，M13噬菌体和单质硫的质量比为55.7:44.3。一种电极复合材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：将M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液混合，将混合物封装后干燥，得到M13噬菌体/硫电极复合材料。具体实施方式中，M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液的体积比为20:1～30:1。进一步优选的，M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液的体积比为25:1。具体实施方式中，单质硫水分散溶液中单质硫的质量百分含量为8%～12%，进一步优选的，单质硫水分散溶液中单质硫的质量百分含量为10%。优选的，单质硫水分散溶液为纳米单质硫水分散溶液。具体实施方式中，混合通过摇床振荡实现；摇床振荡的时间为1小时～3小时，进一步优选的，摇床振荡的时间为2小时。使M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液混合更加均匀，且能够使最后得到的M13噬菌体/硫电极复合材料保持良好的结构形态。具体实施方式中，混合物封装后干燥。优选的，干燥的温度为60℃～80℃，干燥的时间为36小时～48小时，进一步优选的，干燥的温度为70℃，干燥的时间为2天。具体可为，将盛装有M13噬菌体悬浮液与单质硫水分散溶液混合后所得的混合物的离心管，用一层薄膜封装之后放入烘箱中干燥，该薄膜能够防止空气中的颗粒进入离心管中,同时也能在干燥过程中保证水分子能挥发出去，例如包装等，干燥后即得到粉末状的M13噬菌体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极复合材料，其特征在于，所述电极复合材料包括M13噬菌体和单质硫。

【技术特征摘要】
1.一种电极复合材料，其特征在于，所述电极复合材料包括M13噬
菌体和单质硫。
2.如权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于：所述电极复合材
料中，所述M13噬菌体和所述单质硫的质量比为50:50～60:40。
3.如权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于：所述电极复合材
料中，所述M13噬菌体和所述单质硫的质量比为55.7:44.3。
4.一种正极，其特征在于：所述正极包括如权利要求1～3中任意一
项所述的电极复合材料。
5.一种锂硫电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于：所述正极
包括如权利要求1～3中任意一项所述的电极复合材料。
6.一种电极复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董德贤，陈璞，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：江苏;32