用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物、制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂硫电池技术领域，具体涉及用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物、制备方法和应用，包括以下步骤：以双(1,5

【技术实现步骤摘要】
用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物、制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，具体涉及用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着时代发展以及科学进步，能源匮乏问题成为限制科技发展的因素，传统化石能源的再生周期长达数亿年，短时间内的大量开采会导致资源逐渐枯竭。经过多年的发展，可再生能源得到了一定程度的应用，然而例如风能、潮汐能等能源在使用过程中存在明显的局限性，无法持续地、随时地为各种移动设备提供能量。因此高效的储电设备成为了研究的焦点。
[0003]目前锂电池由于其高能量密度、自放电率低、循环性能好等特点而得到广泛应用，锂离子电池是目前研究较为成熟的电池体系，能够发挥出100
‑
300Wh kg
‑1以上的能量密度，但是锂离子电池的电池容量已经接近理论容量，难以进行大幅度提升。因此，人们将研究方向转向理论容量更高的锂硫电池，锂硫电池作为锂电池的一种，使用单质硫为原料，理论容量可以达到2600Wh kg
‑1。同时，硫在自然界中储量丰富，容易开采，价格低廉，具有广阔的商业前景。然而锂硫电池存在一些问题限制了其商业化进程，例如单质硫和反应最终产物Li2S/Li2S2的导电性极差，并且反应中间产物Li2S
x
会溶解在电解液中，造成容量损失。因此在提高正极载硫量过程中，一方面会降低硫正极的整体导电性，使电子、离子传输更加困难；另一方面会减缓硫物种转化过程，加速正极侧多硫化物流失，在多次充放电后造成电极结构的严重破坏。因此，制备可实际使用的高负载硫正极是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物、制备方法和应用。
[0005]本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
[0006]本专利技术第一个目的是提供用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0007]以双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌为原料，以二甲基甲酰胺为溶剂，通过脱卤反应，制备得到蒽醌类聚合物Ⅰ；
[0008]或者：保护气体氛围下，以2,4,6
‑
三甲酰基间苯三酚和1,5
‑
二氨基蒽醌为原料，二甲基乙酰胺和均三甲苯为溶剂，醋酸条件下，通过醛胺缩合反应，制备得到蒽醌类聚合物Ⅱ。
[0009]优选的，制备蒽醌类聚合物Ⅰ时，反应温度为50
‑
65℃，反应时间为24
‑
72h。
[0010]优选的，制备蒽醌类聚合物Ⅰ时，双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌的摩尔比为1
‑
10：1
‑
10：0.001
‑
0.01。
[0011]优选的，制备蒽醌类聚合物Ⅱ时，反应温度为100
‑
120℃，反应时间1
‑
5d。
[0012]优选的，制备蒽醌类聚合物Ⅱ时，2,4,6
‑
三甲酰基间苯三酚和1,5
‑
二氨基蒽醌的摩尔比为0.01
‑
0.1：0.1
‑
0.5，2,4,6
‑
三甲酰基间苯三酚、二甲基乙酰胺和均三甲苯的用量比为0.01
‑
0.1mmol：0.1
‑
1mL：0.1
‑
1mL，醋酸的浓度为17.5mol/L，均三甲苯和醋酸的用量比为0.1
‑
1mL：10
‑
100μL。
[0013]本专利技术的第二个目的是提供由上述制备方法制备的用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物。
[0014]本专利技术的第三个目的是提供蒽醌类聚合物在制备锂硫电池正极材料中的应用，在制备的硫碳混合物中添加导电剂、粘结剂、蒽醌类聚合物，研磨后加入N
‑
甲基吡咯烷酮或水，搅拌后获得浆料；用刮刀将浆料刮涂至提前清洗干净的集流体上，干燥后，冲压成正极电极。
[0015]优选的，硫碳混合物、导电剂、粘结剂、蒽醌类聚合物的质量比为6
‑
8：1：0.5
‑
1：0.5
‑
1。
[0016]优选的，正极电极的直径为10
‑
12mm。
[0017]优选的，所述硫碳混合物的制备方法为：将碳材料和硫粉按照给定比例充分研磨混合均匀后，将混合物转移至水热釜中，在手套箱中进行气氛置换，后以恒定升温速率加热至150
‑
160℃并保温24
‑
48h，冷却至室温，并继续研磨即可获得碳硫混合物；碳材料和硫粉的质量比为7
‑
8：2
‑
3。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0019]本专利技术首先制备了两种蒽醌类聚合物，将其用于制备锂硫电池正极材料，制备正极材料的过程中，采用的添加材料为有机物，相较于无机纳米(贵金属)催化剂而言，其合成成本较低，合成过程较为简单，蒽醌类聚合物的介导作用有效避免多硫化物穿梭效应，有效解决锂硫电池高载量正极存在的导电性差、穿梭效应严重的问题，提高锂硫电池在高载量应用的循环容量、循环稳定性的性能。本专利技术的正极材料兼具氧化还原官能团、特殊结构、较高的振实密度和低比表面积；提高了锂硫电池正极载量和循环稳定性；本专利技术中合成工艺简单，应用范围大，适用于广泛生产。
附图说明
[0020]图1为实施例2制备的PQT样品固体
13
C NMR谱图；
[0021]图2为不同电极在0.2C电流密度下循环稳定性数据。
具体实施方式
[0022]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
[0023]本专利技术首先制备了两种蒽醌类聚合物，将其用于制备锂硫电池正极材料，蒽醌类聚合物的制备方法为：
[0024]以双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌为原料，以二甲基
甲酰胺为溶剂，通过脱卤反应，制备得到蒽醌类聚合物Ⅰ反应温度为50
‑
65℃，反应时间为24
‑
72h，双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌的摩尔比为1
‑
10：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于制备锂硫电池正极材料的蒽醌类聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌为原料，以二甲基甲酰胺为溶剂，通过脱卤反应，制备得到蒽醌类聚合物Ⅰ；或者：保护气体氛围下，以2,4,6
‑
三甲酰基间苯三酚和1,5
‑
二氨基蒽醌为原料，二甲基乙酰胺和均三甲苯为溶剂，醋酸条件下，通过醛胺缩合反应，制备得到蒽醌类聚合物Ⅱ。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备蒽醌类聚合物Ⅰ时，反应温度为50
‑
65℃，反应时间为24
‑
72h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备蒽醌类聚合物Ⅰ时，双(1,5
‑
环辛二烯)镍、(2,2
’‑
联吡啶)二氯铂和1,5
‑
二氯蒽醌的摩尔比为1
‑
10：1
‑
10：0.001
‑
0.01。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备蒽醌类聚合物Ⅱ时，反应温度为100
‑
120℃，反应时间1
‑
5d。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备蒽醌类聚合物Ⅱ时，2,4,6
‑
三甲酰基间苯三酚和1,5
‑
二氨基蒽醌的摩尔比为0.01
‑
0.1：0.1
‑
0....

【专利技术属性】
技术研发人员：谢科予，杨勇，沈超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：