一种导电聚合物碳硫正极的制作方法

本发明属于电化学和新能源产品领域，涉及一种二次电池体系用导电聚合物碳硫正极。

背景技术：

随着可移动电子和通讯设备的迅速发展，二次电池的需求更为迫切，且越来越倾向于密集型、薄型、小型、轻型和高能量密度的电池的开发，以铝金属或铝合金为负极和硫基材料为正极的二次铝硫电池是符合需求的最具吸引力的电池体系，但是，目前铝硫电池仍然存在很多问题，其技术瓶颈在于硫基正极材料存在着活性材料损失、导电性差、还原过程产生的中间体多聚硫化物易溶于电解液、部分溶解的多聚硫化物扩散到达金属铝负极表面产生自放电反应及沉积在负极上使其钝化等问题，最终导致硫活性物质利用率低、容量衰减迅速、电池循环性能差。通常采用的办法是将硫同具有高比表面积、良好导电性和稳定性的材料复合。

聚苯胺是一种极具发展潜力的电极材料，具有原料易得、合成简便、成本低廉、化学稳定性良好等优点，且比电容高。但是在充放电过程中，由于掺杂反应导致聚苯胺体积膨胀和收缩，聚苯胺分子链破坏，容量衰减大。为改善上述缺点，一般将聚苯胺和碳材料复合，研究最多的是碳纳米管，但是碳纳米管容量贡献小，会极大降低电极的能量密度，且价格昂贵。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种导电聚合物碳硫正极，该正极能有效结合改性聚苯胺比能量高和多孔炭导电性和循环稳定性好的优点，改进现有电极存在的硫负载量偏低，导电性差，能量密度低，循环性能差等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明所述的导电聚合物碳硫正极，包括活性浆料层1和集流体2，其中活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成，活性材料为改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料。

本发明所述的复合材料中改性聚苯胺纤维3为盐酸和金属离子Mn共掺杂聚苯胺纤维，其附着缠绕生长于多孔炭颗粒5表面，多孔炭颗粒与聚苯胺纤维均匀缠绕分布。

本发明所述的复合材料中的硫4采用热处理的方式均匀负载于改性聚苯胺纳米纤维表面和多孔炭孔隙中。

本发明所述的导电聚合物碳硫正极的制备如下：将活性材料改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料同粘结剂按一定的比例混合制成活性浆料层1，然后将活性浆料层1涂覆在0.1-0.3mm厚的集流体2上下表面，烘干碾压后裁成适合尺寸的正极片即可。

本发明所述的导电聚合物碳硫正极，其活性材料结构为纤维和颗粒均匀缠绕分布，可以减少电荷在材料中的传递路径，同时能增大改性聚苯胺纤维与电解液的有效接触面积，有利于充分发挥改性聚苯胺的电化学活性，改善其导电性和循环性。活性炭的添加，有助于减少聚苯胺纤维的团聚，使得电解液能充分浸透电极材料内部，可有效改善复合电极电化学可逆性，降低电极内阻，同时还能提高复合电极的比容量，其优异的导电性也有助于电荷和离子的快速迁移和传导，从而提高复合电极的大电流放电性能。

附图说明

图1是本发明所述的导电聚合物碳硫正极结构示意图。

图2是本发明所述的正极活性材料的结构示意图。

其中，1—活性浆料层，2—集流体，3—改性聚苯胺纤维，4—硫，5—多孔炭颗粒。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解发明的目的、特征和效果。下面的实施例描述了本发明的几种实施方式，它们仅是说明性的，而非限制性的。

如图1所示，本具体实施方式所述的导电聚合物碳硫正极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。

如图2所示，本具体实施方式所述的正极活性材料为改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫复合材料，其中，改性聚苯胺纤维3为盐酸和金属离子Mn共掺杂聚苯胺纤维，其附着缠绕生长于多孔炭颗粒5表面，多孔炭颗粒与聚苯胺纤维均匀缠绕分布，硫4均匀负载于改性聚苯胺纳米纤维表面和多孔炭孔隙中。

本发明所述的基于改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合电极，为了使复合材料电化学可逆性和电极内阻最低，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比优选为大于2，小于4。

本发明所述的基于改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合电极，为保证活性物质硫的负载量和电极能量密度，在采用热处理负载硫的过程中，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:10-1:20，二者复合温度优选为600-750℃。

实施例1

一种基于改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合电极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为8:2，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为3，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:20，同硫的复合温度为700℃。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。

实施例2

一种基于改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合电极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为9:1，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为3.5，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:15，同硫的复合温度为750℃。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。

实施例3

一种基于改性聚苯胺纳米纤维/多孔炭/硫的复合电极，包括活性浆料层1和集流体2，活性浆料层1涂覆于集流体2的上下两面，其中，活性浆料层1由活性材料和粘结剂组成。具体的，活性浆料层1中活性材料和粘结剂质量比为9:1，活性材料中多孔炭5同改性聚苯胺纤维3的质量比为2.5，改性聚苯胺纤维/多孔炭和硫的质量比优选为1:10，同硫的复合温度为600℃。将所述正极与隔膜、电解液、铝负极、外壳一起组装成二次铝电池。

实施例4

对实施例1-3中所制备的二次铝电池进行充放电循环测试，以1C进行充电至2.5V，0.1C放电，放电截止电压为1.2V。测试结果如下表。

尽管已经参照实施本发明对本发明进行了详细的描述，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书及其等价物所述的本发明的构思和范围的情况下，可以对其做出各种修改和替换。