[发明专利]一种聚吡咯纳米管/Co3

说明书

本发明公开了一种聚吡咯纳米管/Co₃O₄颗粒复合材料及制备方法。本发明的方法包括制备聚吡咯纳米管，制备Co₃O₄颗粒粉末以及将Co₃O₄颗粒粉末和聚吡咯纳米管在无水乙醇中混合均匀得到聚吡咯纳米管/Co₃O₄颗粒的复合材料的步骤。本发明的复合材料作为锂硫电池正极材料具有容纳硫在充放电过程中的体积变化，改善其硫正极导电性以及提高锂硫电池循环稳定性等优点。

技术领域

本发明属于电极材料制造技术领域，特别是涉及一种聚吡咯纳米管/Co3O4 颗粒复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

导电聚合物由于优异的物理化学性能受到人们广泛的关注，尤其是具有共轭双键的有机聚合物，结合了金属和聚合物的特性。这些有机聚合物都有较高的导电性，故又称为“合成金属”。而聚吡咯(PPy)又是其中被广泛研究的对象之一，因为其拥有导电性高，生物相容性好、环境和热稳定性优良、合成方法简单等优势，使其在锂离子电池、超级电容器、锂硫电池、化学传感器等领域有广泛的引用。Tatsumi I等人用自降模板方法制备的聚吡咯纳米管，用于锂硫电池正极材料中(JE.Hyun,PC.Lee,and I.Tatsumi,Preparation andelectrochemical properties of sulfur-polypyrrole composite cathodes forelectric vehicle applications,Electrochimica Acta,2015(176):pp.887-892.)，在100mA/g 下，首次放电比容量达到1036mAh/g，经过30圈后比容量保持在500mAh/g。

作为锂硫电池的正极材料，单一聚吡咯的电化学表现并不是很理想。其中，主要原因是聚吡咯对多硫化物的化学吸附能力有限，不能有效防止活性材料的损失，限制多硫化物的溶解的问题，从而限制了其在储能领域的发展。针对这些问题，人们做了大量的改进工作，其中比较有效的方法之一就是聚吡咯中掺杂过渡金属氧化物，过渡金属氧化物是极性材料，与多硫化物之间有较强的极性-极性化学作用，因此被视为天生的有效抑制剂。其中，Co₃O₄是被广泛研究的过渡金属氧化物之一，能通过将多硫化物转化为连多硫酸盐，实现对多硫化物的吸附作用，从而可增加电池的循环稳定性，所以在聚吡咯中掺杂Co₃O₄是改善电池循环稳定性，从而提高整体电化学性能的有效途径之一。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种聚吡咯纳米管/Co₃O₄颗粒复合材料的制备方法。该复合材料作为锂硫电池正极材料，利用聚吡咯纳米管可以容纳硫在充放电过程中的体积变化，并且可以改善其硫正极导电性的作用。同时， Co3O4颗粒可以起到吸附多硫化物抑制穿梭效应的作用，从而为提高锂硫电池循环稳定性方面提供一种解决思路。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种聚吡咯纳米管/Co₃O₄颗粒复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将甲基橙、六水合三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)按一定摩尔比例分散在去离子水中，当有絮状物产生时，加入一定摩尔比例的吡咯单体，室温搅拌12-30 h，得到悬浮液，经过滤、洗涤、干燥，得到聚吡咯纳米管粉末；

(2)将步骤(1)得到的聚吡咯纳米管超声分散无水乙醇中，加入十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，室温搅拌2-5h，之后进行离心分离，将分离得到的沉淀物干燥，得到改性的聚吡咯纳米管；