[发明专利]正极及其制备方法，以及使用该正极的电池

说明书

一种正极的制备方法，其包括以下步骤：将多个碳纳米管分散在水中，形成一碳纳米管分散液；向所述碳纳米管分散液中加入一苯胺溶液，形成一混合液，所述苯胺溶液包括一苯胺；向所述混合液中加入一引发剂，所述苯胺在引发剂的作用下聚合为聚苯胺，从而得到一碳纳米管复合结构预制体；将所述碳纳米管复合结构预制体在真空环境中冷冻干燥；冷冻干燥后，在保护气体下进行碳化，形成一碳纳米管复合结构；以及向所述碳纳米管复合结构加入一电极活性材料。本发明还涉及一种利用所述制备方法制备的正极，以及利用该正极的电池。

技术领域

本发明涉及一种正极及其制备方法，以及使用该正极的电池。

背景技术

自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料、锂电池等领域的应用研究不断被报道。

随着锂/硫(Li/S)电池的出现，将碳纳米管应用于Li/S电池中是人们关注的热点。Li/S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，其反应机理不同于锂离子电池的离子脱嵌机理，而是电化学机理。Li/S电池因具有较高的理论比能(2600Whkg^-1)、丰富的资源、价格低廉和环境友好等特点，被认为是下一代储能装置的候选者之一。然而，较低的硫利用率和快速容量衰减导致的短循环寿命阻止了Li/S电池的商业化发展。目前，碳纳米管虽可用作集流体，但是其机械性能、电学性能和化学性能不足以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种正极及其制备方法，以及使用该正极的电池，当硫为正极活性材料时，该电池可以提高硫的利用率，并降低容量衰减。

一种正极的制备方法，其包括以下步骤：将多个碳纳米管分散在水中，形成一碳纳米管分散液；向所述碳纳米管分散液中加入一苯胺溶液，形成一混合液，所述苯胺溶液包括一苯胺；向所述混合液中加入一引发剂，所述苯胺在引发剂的作用下聚合为聚苯胺，从而得到一碳纳米管复合结构预制体；将所述碳纳米管复合结构预制体在真空环境中冷冻干燥；冷冻干燥后，在保护气体下进行碳化，形成一碳纳米管复合结构；以及向所述碳纳米管复合结构加入一电极活性材料。

一种正极，包括一集流体和一正极活性材料，所述集流体包括一碳纳米管网络结构和一氮硫双掺杂的碳层，所述碳纳米管网络结构包括多个相互缠绕的碳纳米管，所述氮硫双掺杂的碳层包覆在每一碳纳米管的外表面，并将交叉设置的多个碳纳米管胶合在一起。

一种电池，包括一正极、一负极、一隔膜、一电解液和一壳体，所述正极、所述负极、所述隔膜和所述电解液位于所述壳体内，所述正极包括一集流体和一正极活性材料，所述集流体包括一碳纳米管网络结构和一氮硫双掺杂的碳层，所述碳纳米管网络结构包括多个相互缠绕的碳纳米管，所述氮硫双掺杂的碳层包覆在每一碳纳米管的外表面，并将交叉设置的多个碳纳米管胶合在一起。

与现有技术相比，本发明所提供的正极以及使用该正极的电池中，由于氮硫双掺杂的碳(SNC)层包覆碳纳米管网络结构，并形成一碳纳米管复合结构，当该碳纳米管复合结构应用于硫为正极活性材料的电池时，SNC层对放电产物硫化锂的转化过程有催化效果，可以提高电池电化学反应的速率，从而降低容量衰减，延长电池循环寿命。进一步，所述SNC层对多硫化物的吸附性好，可以将硫固定在碳纳米管上，增强了电池的载硫效果，从而提高了正极活性材料(硫)的利用率。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的制备方法的流程图。

图2为本发明第一实施例提供的CNT/PANI泡沫的光学照片。

图3为本发明第一实施例提供的CNT泡沫的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例提供的CNT泡沫的透射电镜照片。