[发明专利]一种自修复水凝胶微胶囊复合材料及其制备方法及自修复锂硫电池正极、电池

说明书

本发明公开了一种自修复水凝胶微胶囊复合材料及其制备方法及自修复锂硫电池正极、电池，将吡咯与植酸溶解在异丙醇中得到的混合溶液A与硫酸铵水溶液和去离子水混合，得到前驱体溶液B；将2‑羟基‑2‑甲基苯丙酮与三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯分散于无水乙醇中，再加热挥发除去无水乙醇，得到混合溶液C；以前驱体溶液B、混合溶液C、聚乙烯醇水溶液作为内相、外相、驱动相，利用液驱同轴流动聚焦技术制备得到微胶囊，洗涤后静置2～3天，烘干得到自修复水凝胶微胶囊复合材料，以其掺杂在硫粉中作为活性物质制备锂硫电池正极，在电极片发生裂痕时，微胶囊中的水凝胶被释放对锂硫电池的正极片的裂痕进行精准修复，从而可维持锂硫电池良好的性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种自修复水凝胶微胶囊复合材料及其制备方法及自修复锂硫电池正极、电池。

背景技术

由于环境污染和化石燃料的枯竭，当下不可再生能源存储量日益减少、气候环境日益恶劣、生态系统越来越脆弱，太阳能和风能等清洁和可再生能源的需求变得越来越迫切，因此发展具有高能量密度、长循环寿命、高安全性、绿色环保和低成本的二次电池在新能源领域具有重大意义。

锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，其理论比能量高达(2600Wh Kg^-1)，其较高的理论比容量(1675mAh g^-1)，远高于目前商业化的锂离子电池。锂硫电池在充放电的过程中会出现一定程度的体积膨胀，而体积膨胀的同时会导致锂硫电池的电极片出现裂纹，长期的反复充放电会致使裂纹不断扩大，进而会致使活性物质从集流体脱落进而影响电池的性能，致使电池中硫的利用率低、循环性能差、容量衰减快、倍率性能差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自修复水凝胶微胶囊复合材料及其制备方法及自修复锂硫电池正极、电池。所述自修复水凝胶微胶囊复合材料由三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯外壳包裹水凝胶形成，将其与硫粉掺杂后作为锂硫电池正极的正极活性物质，在锂硫电池的正极片发生裂痕时，包裹水凝胶的微胶囊外壳会发生破裂进而可释放出水凝胶，具有自愈合功能的水凝胶被释放后可对锂硫电池的正极片的裂痕进行精准修复。

本发明采取的技术方案为：

一种自修复水凝胶微胶囊复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将吡咯与植酸溶解在异丙醇中，超声后，得到均匀的混合溶液A；

(2)将混合溶液A与硫酸铵水溶液和去离子水混合，得到无色粘稠的前驱体溶液B；混合溶液A与硫酸铵水溶液直接混合会出现分层的现象，而去离子水的加入可以使混合溶液A与硫酸铵水溶液充分混合作用进而形成粘稠均一的液体；

(3)将2-羟基-2-甲基苯丙酮与三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯分散于无水乙醇中，混合均匀，然后加热挥发除去无水乙醇，得到混合溶液C；

(4)以步骤(2)中的前驱体溶液B、混合溶液C、聚乙烯醇水溶液分别作为内相、外相、驱动相，利用液驱同轴流动聚焦技术，内相和外相在驱动相的剪切作用下得到微胶囊，经洗涤后，静置2～3天，烘干，即可得到所述自修复水凝胶微胶囊。

步骤(1)中，所述异丙醇、植酸、吡咯的体积比为(10～100)：(10～30)：(5～15)。

步骤(2)中，所述硫酸铵水溶液的浓度为0.05～0.3g/mL，优选为0.09～0.2g/mL。

步骤(2)中，所述混合溶液A、硫酸铵水溶液、去离子水的体积之比为(1～2)：(0.8～2)：(1～3)，优选为(1～1.2)：(0.8～1)：(1～2)。

步骤(3)中，2-羟基-2-甲基苯丙酮、三甲醇丙烷乙氧酯三丙烯酸酯、无水乙醇的体积之比为(0.1～1)：(2～20)：(2～20)，优选为(0.2～0.4)：20：20。