本发明专利技术涉及一种电极复合材料。所述电极复合材料包括单质硫，聚吡咯和多壁碳纳米管。与现有技术相比，具有核壳管状结构的电极复合材料，不仅具有稳定的结构，而且导电性明显提高，电极复合材料具有良好的循环寿命以及高的放电容量效率。本发明专利技术还揭示了该电极复合材料的制备方法、应用该电极复合材料的正极以及具备该正极的电池。
【技术实现步骤摘要】
电极复合材料及其制备方法、正极、具有该正极的电池
[0001 ] 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具有该电极复合材料的正极。本专利技术还涉及一种具有该正极的电池。
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。目前商品化的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(LiCo02)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(LiMn204)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(LiFeP04)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。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。首先，单质硫和硫化物本身的导电性很差，需加入大量的导电剂来增加其导电性；其次，单质硫作为正极活性材料时，虽然完全充电时正极上存在的元素硫和完全放电时存在的Li2S难溶于极性有机电解质，但是部分充放电正极存在的多硫化锂易溶于极性有机电解质，另外，聚有机硫化物放电时产生的小分子硫化物也易溶于有机电解质，影响电池的循环性能。因此，如何改善材料的导电性，并解决充放电中间产物的溶解问题，提高电池的循环性能，是含硫正极材料的研究重点。中国专利申请CN101891930A提供了一种含碳纳米管的硫基复合正极材料，单质硫镶嵌入复合材料中，提高了电池容量，但是由于正极材料采用了碳纳米管这一价格昂贵的材料，使得该电池成本价高，工艺较复杂，不适合产业化。
技术实现思路
本专利技术提供一种高电极容量以及电化学可逆性好的电极复合材料。本专利技术提供了一种电极复合材料，所述电极复合材料包括单质硫，聚吡咯和多壁碳纳米管。优选的，所述电极复合材料具有核壳管状结构，所述电极复合材料的管径尺寸范围为 60-140nm。优选的，具有管状结构的所述电极复合材料的平均直径为81nm。优选的，所述聚吡咯形成于所述多壁碳纳米管上。优选的，所述单质硫包覆所述聚吡咯和多壁碳纳米管。优选的，所述聚吡咯连接所述单质硫和多壁碳纳米管。优选的，在所述电极复合材料中，所述单质硫的比重范围为30-85%，所述聚吡咯的比重范围为10-40%,所述多壁碳纳米管的比重范围为5-30%。本专利技术还提供了一种正极，所述正极包括如上所述的电极复合材料。本专利技术还提供了一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述正极至少包括如上所述的电极复合材料。本专利技术还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:将聚吡咯/多壁碳纳米管加入到含硫的悬浮液中，分散均匀后干燥，将干燥后的所得物在惰性气体氛围中加热处理，得到所述电极复合材料。优选的，所述加热处理的温度范围为150-300°C，加热处理时间范围为3_5h。优选的，所述分散是在超声条件下进行的。优选的，所述聚吡咯/多壁碳纳米管通过原位聚合法制备，包括如下步骤:将多壁碳纳米管分散于浓H2S04/HN03混合溶液，在预定温度下通过超声处理，用去离子水洗涤至中性，将获得的多壁碳纳米管分散在甲醇/乙腈混合溶剂中，通过超声处理预定时间，加入吡咯，超声处理的同时，加入三氯化铁水溶液，过滤得到沉淀物，将沉淀物洗涤后干燥，得到聚吡咯/多壁碳纳米管。优选的，所述浓H2S04和ΗΝ03的体积比为3: 1。优选的，所述预定温度范围为70_100°C。优选的，所述甲醇和乙腈的体积比为1: 1。优选的，所述预定时间范围为2_5h。优选的，为了控制反应速度，所述三氯化铁水溶液为逐滴加入。优选的，所述干燥是在真空干燥箱中进行，干燥温度范围为65-100°C，干燥时间范围为5-12h。优选的，所述洗涤采用的试剂包括去离子水和甲醇。本专利技术提供的一种电极复合材料，以及该电极复合材料的制备方法，制备方法结合了原位聚合与超声，电极复合材料的各种组分能很均匀的分布，获得的具有核壳管状结构的电极复合材料不仅具有优异的结构稳定性、同时结合了具有优良电子传导性能的多壁碳纳米管和聚吡咯，改善了硫基电极复合材料的导电性能，使得电极复合材料的电化学性能有明显的提高。另外，本专利技术提供的制备电极复合材料的方法，易于工业化应用。【附图说明】下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。图1是聚吡咯，聚吡咯/多壁碳纳米管和硫/聚吡咯/多壁碳纳米管的红外光谱图；图2是预处理后多壁碳纳米管，聚吡咯，聚吡咯/多壁碳纳米管和硫/聚吡咯/多壁碳纳米管的X光衍射图谱；图3是多壁碳纳米管的透射电子显微镜图；图4是多壁碳纳米管的直径分布图；图5是聚吡咯/多壁碳纳米管的透射电子显微镜图；图6是聚吡咯/多壁碳纳米管的直径分布图；图7是硫/聚吡咯/多壁碳纳米管的透射电子显微镜图；图8是硫/聚吡咯/多壁碳纳米管的直径分布图；图9是实施例2提供的电池在0.1C倍率下充放电图谱；图10是实施例2提供的电池在0.1C倍率下循环性能图；图11是实施例2提供的电池在不同放电倍率下的循环性能图；图12为实施例2提供的电池在不同放电倍率下的充放电图谱；【具体实施方式】一种高电极容量以及电化学可逆性好的电极复合材料。电极复合材料包括单质硫、聚吡咯和多壁碳纳米管。在电极复合材料中，单质硫的比重范围为30-85%，聚吡咯的比重范围为10-40%,多壁碳纳米管的比重范围为5-30%。单质硫具有可观的理论比容量，但是室温下单质硫为电子和离子的绝缘体，由硫含量为100%的单质硫正极组成的锂-硫电池在室温下是不可能进行充放电。因此，硫基正极中必须加入一定的电子和离子导电体。本专利技术旨在提高含硫电极复合材料的导电性，使电极的稳定性以及循环性能得到改善。电极复合材料具有核壳管状结构，电极复合材料的管径尺寸范围为60_140nm，具体的，具有管状结构的电极复合材料的平均直径为81nm。聚吡咯(Ppy)形成于多壁碳纳米管(MWCNT)上，聚吡咯是一种导电性优良的聚合物，具有很强的吸附能力，而多壁碳纳米管是由石墨中若干层碳原子卷曲而成，具有良好的柔韧性、机械强度以及优异的导电性能。单质硫包覆聚吡咯和多壁碳纳米管，聚吡咯夹在多壁碳纳米管和硫之间。在核壳结构中，聚吡咯作为一种有效的粘结剂，连接硫和多壁碳纳米管。聚吡咯,如海绵一样,可将硫基正极充放电中间产物多硫化锂吸收到它的多孔结构中，从而提高硫的利用率，改善硫基正极的循环性能。此本文档来自技高网...
【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单质硫，聚吡咯和多壁碳纳米管。
【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单质硫，聚吡咯和多壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于:所述电极复合材料具有核壳管状结构，所述电极复合材料的管径尺寸范围为60-140nm。3.根据权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于:所述聚吡咯形成于所述多壁碳纳米管上。4.根据权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于:所述单质硫包覆所述聚吡咯和多壁碳纳米管。5.根据权利要求1所述的电极复合材料，其特征在于:在所述电极复合材料中，所述单质硫的比重范围为30-85%,所述聚吡咯的比重范围为10-40%,所述多壁碳纳米管的比重范围为5-30%。6.—种正极，其特征在于:所述正极包括如权利要求1-5中任意一个所述的电极复合材料。7.—种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述正极至少包括如...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈璞，张永光，
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
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