一种锂硫电池正极材料、锂硫电池及其制备方法_3

文档序号:8300637阅读:来源:国知局
乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0176]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0177]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0178](I)热重分析(TG)测试:
[0179]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为52.8%,聚多巴胺的质量百分含量为6.5%。
[0180](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0181]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,直径的大小为40nm?10nm0
[0182](3)循环性能测试:
[0183]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.019% /每周,循环2000周之后容量还有593.1mAh/g。
[0184]实施例11
[0185]取2.0g碳材料碳纳米管溶解于SOmL的SM高氯酸中,在180°C条件下反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至PH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均勾,得到混合溶液,将混合溶液于20°C,以20 μ L/min的速度滴加0.2mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0186]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到pH = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0187]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0188]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0189](I)热重分析(TG)测试:
[0190]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为53.3%,聚多巴胺的质量百分含量为7.1%。
[0191](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0192]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,直径的大小为40nm?10nm0
[0193](3)循环性能测试:
[0194]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.020% /每周,循环2000周之后容量还有577.3mAh/g。
[0195]实施例12
[0196]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的80mL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸氨水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于20°C,以20 μ L/min的速度滴加0.2mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0197]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到pH = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0198]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0199]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0200](I)热重分析(TG)测试:
[0201]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为53.0%,聚多巴胺的质量百分含量为4.7%。
[0202](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0203]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,管径的大小为40nm?10nm0
[0204](3)循环性能测试:
[0205]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.018% /每周,循环2000周之后容量还有620.1mAh/g。
[0206]实施例13
[0207]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的80mL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于10°C,以20 μ L/min的速度滴加0.2mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0208]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到ρΗ = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0209]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0210]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0211](I)热重分析(TG)测试:
[0212]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为51.8%,聚多巴胺的质量百分含量为5.2%。
[0213](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0214]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,管径的大小为40nm?10nm0
[0215]⑶循环性能测试:
[0216]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.019% /每周,循环2000周之后容量还有608.1mAh/g。
[0217]实施例14
[0218]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的SOmL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于30°C,以20 μ L/min的速度滴加0.2mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0219]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到ρΗ = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0220]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0221]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0222](I)热重分析(TG)测试:
[0223]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为50.0%,聚多巴胺的质量百分含量为6.4%。
[0224](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0225]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,管径的大小为40nm?10nm0
[0226](3)循环性能测试:
[0227]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.029% /每周,循环2000周之后容量还有465.6mAh/g。
[0228]实施例15
[0229]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的80mL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于20°C,以20 μ L/min的速度滴加0.02mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0230]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到ρΗ = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0231]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0232]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0233](I)热重分析(TG)测试:
[0234]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为49.8%,聚多巴胺的质量百分含量为6.7%。
[0235](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0236]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,管径的大小为40nm?10nm0
[0237](3)循环性能测试:
[0238]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.018% /每周,循环2000周之后容量还有625.8mAh/g。
[0239]实施例16
[0240]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的80mL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于20°C,以20 μ L/min的速度滴加2mol/L的稀盐酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0241]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到ρΗ = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0242]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0243]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0244](I)热重分析(TG)测试:
[0245]TG测试表明所述正极材料中硫在150°C?270°C分解,在这一阶段小部分的聚多巴胺产生质量损失,在270°C?550°C进行大量分解;通过热重数据计算得到正极材料中硫的质量百分含量为52.3%,聚多巴胺的质量百分含量为5.3%。
[0246](2)扫描电子显微镜(SEM)测试:
[0247]SEM测试可知所述的正极材料中心为功能化碳纳米材料,中间夹层为硫,外层为聚多巴胺膜,管径的大小为40nm?10nm0
[0248](3)循环性能测试:
[0249]循环性能测试表明所述电解质的室温(30°C )容量保持率为0.024% /每周,循环2000周之后容量还有511.1mAh/g。
[0250]实施例17
[0251]取2.0g碳纳米管溶解于含6.0g氢氧化钠的80mL水溶液中,在密闭环境,180°C的条件下水热反应3h得到反应产物1,将反应产物I离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,得到功能化碳纳米材料。将2g功能化碳纳米材料加入0.08mol硫代硫酸钠水溶液中,搅拌均匀,得到混合溶液,将混合溶液于20°C,以20 μ L/min的速度滴加0.2mol/L的稀硫酸,滴加结束后在20°C反应12h结束得到反应产物2,将反应产物2离心后分离得到沉淀,用水清洗至pH为中性,干燥,得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料。将2g外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入含0.2g三(羟甲基)甲烷的pH = 8.5的缓冲液,搅拌均匀,在20°C下,以200mL/min的速度滴加入0.5g/L的多巴胺盐酸盐溶液,进行聚合反应24h,得到所述正极材料。
[0252]由甲醇、三(羟甲基)甲烷制得共溶剂,和盐酸混合制备得到ρΗ = 8.5的缓冲液,将聚多巴胺盐酸盐溶液(1mM)加入缓冲液中反应,得到溶液1,把商用的常规锂电池聚乙烯隔膜的两面与溶液I接触聚合反应24h ;用水清洗反应完后的隔膜,在流动的保护气体中于60°C干燥,得到聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。
[0253]以所述的正极材料为正极,聚多巴胺修饰的聚乙烯为隔膜,Li金属片为负极,电解液为IM双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和0.2M LiNO3溶解于1,3- 二氧戊环(DOL)/乙二醇二甲醚(DME) (l:lvt% ),组装成锂硫电池。
[0254]对本实施例制备的正极材料和锂硫电池进行测试,结果如下:
[0255](I)热重分析(TG)测
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