[实用新型]一种铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极

说明书

技术领域

本实用新型属于电池和新能源产品领域，具体涉及一种二次铝硫电池用的石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极。

背景技术

与现有电极材料相比，地壳储量最多的金属元素铝具有理论密度大、资源丰富、价格低廉、对环境友好、使用安全等优点。铝的理论体积比容量为8050mAh/cm³，是锂的4倍，且化学活泼性稳定，是理想的负极材料；硫的理论体积比容量为3467mAh/cm³，是已知能量密度最高的正极材料之一。以铝和硫构成的二次电池一种资源丰富、无污染、价格低廉、能量密度高、使用安全的储能体系，是能量高、成本低、寿命长、绿色环保、电池材料资源丰富以及可循环利用的二次电池的代表和方向。

硫的电绝缘性导致硫正极活性物质的利用率低，而且二次铝硫电池充放电反应所产生的小分子硫基化合物中间产物易溶解于电解液，迁移至铝负极后形成不溶解的产物，使负极钝化。这种高溶解度还导致有效电极质量损失，造成电池的自放电，增加电解液粘度，影响活性物质的的分布状态。多次循环后造成容量迅速衰减，使电池循环性能很快下降。同时多硫化阴离子可影响到电池的效率。因此，对于铝硫电池正极材料的研究，一方面要提高其电导率，来提高正极活性物质的利用率；另一方面要保持正极材料结构的稳定性，抑制容量的不可逆损失，以提高电池的循环性能。

二巯基噻二唑（DMcT）是研究较为广泛的正极材料之一，它通过S-S键的键合（充电）和断裂（放电）来进行能量的储存与释放，即充放电过程中不会产生易溶解于电解液的小分子硫基化合物，具有比容量较高、循环寿命较长、制备简便等优点。但DMcT在室温下氧化还原反应速度较慢，电导率低，易溶于有机溶剂，这些缺陷严重制约了DMcT的应用前景。

发明内容

（一）发明目的

为克服上述现有技术问题，本方案提供了一种石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极。

该正极使用石墨烯包覆的二巯基噻二唑（DMcT）作为电极活性材料。石墨烯具有较高的电导率，用其包覆DMcT，可解决DMcT导电性差的问题，提高活性物质DMcT利用率。同时，包覆活性物质用的石墨烯，亦可起到导电剂的作用，制作电极片时，可以避免使用传统的导电剂，从而提高电极片的比容量，增加电池容量。此外，石墨烯是一种准二维晶格结构的碳素类材料，具有的超高比表面积，对活性物质、反应中间产物具有强烈的吸附作用，对活性物质的固定、硫流失的抑制效果明显，可提高电池的循环性能。

该正极中通过电聚合沉积到电极活性材料层上的聚苯胺层，不仅对DMcT氧化还原反应具有催化作用，提高其反应活性，同时也可起到包覆电极活性材料层的作用，可进一步固定活性物质，提高电池的循环性能。此外，聚苯胺也是电活性的，可用作对正极活性物质的补充，进一步增加电池容量。

（二）技术方案

本实用新型提供了一种铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极，包括：

（1）集流体；

（2）涂覆在所述集流体两侧的电极活性材料层；

（3）电沉积在所述电极活性材料层上的聚苯胺层。

方案所述铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极中，所述集流体包括不锈钢、铜、镍、钛、铝、碳纤维、导电塑料、导电橡胶或高掺杂硅中的任一种。

方案所述铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极中，所述电极活性材料层包括：

（a）活性物质，所述活性物质为二巯基噻二唑；

（b）包覆在所述活性物质表面的石墨烯；

（c）粘结剂。

方案所述铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极中，所述粘结剂包括聚乙烯醇 (PVA)、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚苯乙烯丁二烯共聚物（SBR）、氟化橡胶和聚氨酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸乙酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚己内酰胺、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚丙烯酸，或者它们的衍生物、共聚物中的任一种。

方案所述铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极中，所述电极活性材料层厚度为10微米～500微米；所述聚苯胺层厚度为0.1微米～30微米。

一种铝硫电池用石墨烯/有机硫/聚苯胺复合材料正极的制备方法：

（1）制备电极活性材料