高比容量双硫聚合物正极材料及其制备方法和电池与流程

本发明涉及电池正极材料，具体涉及一种高比容量双硫聚合物正极材料、其制备方法及电池。

背景技术：

1、锂离子电池以其高能量密度、长寿命和高电压等优异性能而广泛应用于智能手机、笔记本电脑及电动汽车中。随着智能手机和笔记本电脑的轻薄化、多功能化、大屏幕化及电动汽车发展，对电池的能量密度要求越来越高。但是，基于插层化合物的传统锂离子电池经过近三十年的发展，其能量密度已经达到其极限，上升空间非常有限。因此，各种高能量密度的新型电池体系应用而生，成为世界各国的研究热点，其中，有机电极材料由于仅含有碳、氢、氮、硫、磷等资源储量丰富的轻元素，其比容量最高可达946mah/g（环己六酮），并且结构多样而成为研究热点之一。

2、有机电极材料中起氧化还原作用的活性官能团的种类可以分成四大类：一、含碳氧双键或碳氮双键的有机物，如对苯醌、邻苯醌、多羟基蒽醌、氧化杯芳烃、聚酰亚胺、氧化的phfr及共轭磺酰胺锂等；二、含多硫键的聚合物，如硫化聚丙烯腈、硫化三聚硫氰酸、硫化聚苯胺、硫化1,3间苯二乙烯、硫化茴香、氧化二巯基噻吩和氧化苯六硫酚等；三、自由基聚合物。四、含氰基和硝基的有机小分子等。这些有机电极材料虽然理论比容量很高，但存在如下问题：电导率低且在充放电过程中不像无机晶体一样存在稳定有序的框架结构导致倍率性能低，小分子有机材料易溶于电解液而导致循环稳定性差，振实密度低、电压低，原料昂贵或合成困难。

技术实现思路

1、有鉴于此，提供一种具有导电率高、能快充能放电、优异循环稳定性的高比容量双硫聚合物正极材料及其制备方法和电池，其能通过双硫聚合物赋予多孔隙和较大的比表面积，这些孔隙和大比表面积有利于锂离子的快速传输，又复合导电碳基体，两种效果叠加，有效提高了复合材料的电子导电能力。

2、一种高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

3、将有机单体溶于溶剂配成溶液，所述溶剂为水或有机溶剂，通过溶剂将有机单体溶解后形成澄清溶液，加入导电碳基体，搅拌均匀，形成前驱物，所述有机单体是具有嵌锂活性官能团的多巯基有机物，所述嵌锂活性官能团是苯醌基团，所述有机单体为四巯基苯醌，所述有机单体和导电碳基体的质量比为 4:6 ~ 9:1；

4、将前驱物中加入氧化剂氧化，得到双硫聚合物与导电碳基体的复合材料。

5、优选地，所述导电碳基体是乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维中的至少一种。

6、优选地，所述氧化剂是固体氧化剂、液态氧化剂或气态氧化剂，所述固体氧化剂包括碘粉、硫粉中的至少一种，所述液态氧化剂包括含碘的溶液、过碳酸钠溶液、过二硫酸钠溶液、过硼酸钠溶液、双氧水中的至少一种，所述气态氧化剂包括空气、升华碘、升华硫粉中的至少一种。

7、优选地，所述溶剂为水，先加入水溶解，再加入碱金属氢氧化物固体，搅拌溶解，使多巯基有机物在溶剂中形成多巯基有机单体对应的碱金属盐，所述前驱物为混合液，边搅拌混合液边滴加所述氧化剂，氧化反应完成后过滤，洗涤干燥后得到复合颗粒，所述碱金属氢氧化物固体选自naoh或koh。

8、优选地，所述溶剂为有机溶剂，有机溶剂将有机单体溶解后形成澄清溶液，再加入导电碳基体，搅拌均匀，喷雾干燥，得到粉末并将粉末转入炉中，在气态氧化剂存在条件下升温保温预定时间，得到复合材料，其中温度升至100~400度。

9、优选地，所述溶剂为有机溶剂，有机溶剂将有机单体溶解后形成澄清溶液，再加入导电碳基体，搅拌均匀，喷雾干燥，得到的粉末转入高压反应釜中，加入固体氧化剂或气态氧化剂，密封后升温保温预定时间，得到复合材料，其中温度升至100~400度。

10、优选地，所述有机单体和导电碳基体的质量比为4:6 ~ 9:1，更优选的范围是5:5~ 8:2。

11、本发明另一方面还提供一种电池，其包括预定比例混合并成型的正极材料、粘结剂、导电剂，所述正极材料是由如上所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法所制得。

12、优选地，所述双硫聚合物与导电剂的质量比例在2:8~9:1之间，所述导电剂为乙炔黑或石墨烯，较佳的比例范围是5:5~8:2之间。

13、以及，本发明还提供一种正极材料，所述正极材料是由如上所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法所制得。

14、上述高比容量双硫聚合物正极材料及其制备方法和电池中，由于双硫聚合物本身具有一定孔隙和较大的比表面积，这些孔隙和大的比表面积有利于锂离子的快速传输，而又复合导电碳基体，两种效果叠加，有效提高了复合材料的电子导电能力。另外，电子和锂离子能在复合材料中快速传输，使得复合材料具有最高50c的超快充放电能力，并具有优异的循环稳定性，循环3000次比容量依旧大于100mah/g，并且该方法适用于合成其他有机硫化物和导电基体的复合材料，是一种普适性的方法，应用范围广泛。

1.一种高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，所述导电碳基体是乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维中的至少一种。

3.如权利要求1所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化剂是固体氧化剂、液态氧化剂或气态氧化剂，所述固体氧化剂包括碘粉、硫粉中的至少一种，所述液态氧化剂包括含碘的溶液、过碳酸钠溶液、过二硫酸钠溶液、过硼酸钠溶液、双氧水中的至少一种，所述气态氧化剂包括空气、升华碘、升华硫粉中的至少一种。

4.如权利要求1所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水，先加入水溶解，再加入碱金属氢氧化物固体，搅拌溶解，使多巯基有机物在溶剂中形成多巯基有机单体对应的碱金属盐，所述前驱物为混合液，边搅拌混合液边滴加所述氧化剂，氧化反应完成后过滤，洗涤干燥后得到复合颗粒。

5.如权利要求4所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，所述碱金属氢氧化物固体选自naoh或koh。

6.如权利要求1所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂，有机溶剂将有机单体溶解后形成澄清溶液，再加入导电碳基体，搅拌均匀，喷雾干燥，得到粉末并将粉末转入炉中，在气态氧化剂存在条件下升温保温预定时间，得到复合材料，其中温度升至100~400度。

7.如权利要求1所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法，其特征在于，在加入导电碳基体于溶液后，搅拌均匀，喷雾干燥，得到的粉末转入高压反应釜中，加入固体氧化剂或气态氧化剂，密封后升温保温预定时间，得到复合材料，其中温度升至100~400度。

8.一种电池，其包括预定比例混合并成型的正极材料、粘结剂、导电剂，其特征在于，所述正极材料是由如权利要求1-7任一项所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法所制得。

9.如权利要求8所述的电池，其特征在于，所述双硫聚合物与导电剂的质量比例在2:8~9:1之间，所述导电剂为乙炔黑或石墨烯。

10.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料是由如权利要求1-7任一项所述的高比容量双硫聚合物正极材料的制备方法所制得。