[0024] 以下具体实施例是对本发明提供的方法与技术方案的进一步说明,但不应理解成对本发明的限制。
[0025] 本发明的聚吡咯纳米管/Co3O4颗粒复合材料应用于锂硫电池中,具体测试过程如下:在氩气保护的手套箱中,制备的S@Co3O4/PPy为正极,Celgard 2500 作为隔膜,金属锂片作为负极,1.0mol/l的LiTFSI(DOL/DME=1:1)添加 0.1mol/l的LiNO3作为电解液组装电池。在充放电测试系统中,充放电测试电压为1.5-3.0V。
[0026] 实施例1
[0027] 将0.5mmol的甲基橙溶于80ml的去离子水中,5mmol的六水合三氯化铁溶于20ml的去离子水中,再将六水合三氯化铁溶液加入到甲基橙溶液中,立即生成红色絮状物,在室温下磁力搅拌10min,然后缓缓滴加347μl的吡咯单体,再在室温下磁力搅拌反应24h,之后将得到的溶液用抽滤分离,用无水乙醇和去离子水交替冲洗至滤液为无色,分离得到的沉淀物在60℃下真空干燥 12h。得到干燥的聚吡咯纳米管粉末。
[0028] 取30mg的干燥后的聚吡咯纳米管分散到100ml去离子水中,取1mmol/L 的十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,搅拌3h后用去离子水离心洗涤,在60℃下干燥12h,得到改性后的聚吡咯纳米管。
[0029] 将0.015mol的四水合乙酸钴溶于30ml乙二醇,在室温下磁力搅拌形成均匀溶液,放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,于180℃下反应12h,将所得溶液用无水乙醇冲洗三遍,离心分离,分离得到的沉淀物在70℃下干燥12h。将干燥后的前驱体移入烧结炉中,升温速率3℃,烧结温度500℃,煅烧2h,再将煅烧后的粉末用玛瑙研钵充分研磨,得到小颗粒的Co3O4颗粒。
[0030] 取30mg改性的纳米管聚吡咯超声分散在无水乙醇中,再加入60mg的 Co3O4颗粒,超声分散10min,室温搅拌1h,之后离心分离,60℃下干燥3h,得到Co3O4/PPy复合材料。
[0031] 将49mg的升华硫溶于CS2溶液中,加入21mg Co3O4/PPy的粉末,室温下搅拌至干燥。再将混合物移入氩气气氛保护下的聚四氟乙烯不锈钢反应釜, 155℃保温12h,得到S@Co3O4/PPy复合物。
[0032] 将S@Co3O4/PPy复合材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合均匀, N-甲基吡咯烷酮调节浓度,搅拌3h制作浆料。将制作好的浆料用刮涂法涂敷在集流体上,真空环境下60℃烘干12h。切成直径为16mm的圆形极片并组装电池测试。
[0033] 图1为本实施例中制备的S@Co3O4/PPy的SEM图,可以看出聚吡咯纳米管的直径约为100-200nm,Co3O4颗粒为20-80nm。图2为本实施例中制得得 S@Co3O4/PPy为正极材料的锂硫电池以1C充放电2000次的充放电比容量和库伦效率曲线。电化学性能测试结果表明本实例中制备的S@Co3O4/PPy复合材料在1C倍率下首次放电比容量达到852.4mAh/g,循环2000次后仍然保有 238.4mAh/g,有效的提高了循环稳定性和电池寿命。
[0034] 对比例1
[0035] 将0.5mmol的甲基橙溶于80ml的去离子水中,5mmol的六水合三氯化铁溶于20ml的去离子水中,再将六水合三氯化铁溶液加入到甲基橙溶液中,立即生成红色絮状物,在室温下磁力搅拌10min,然后缓缓滴加347μl的吡咯单体,再在室温下磁力搅拌反应24h,之后将得到的溶液用抽滤分离,用无水乙醇和去离子水交替冲洗至滤液为无色,分离得到的沉淀物在60℃下真空干燥 12h,得到聚吡咯纳米管粉末。
[0036] 将49mg的升华硫溶于CS2溶液中,加入21mg PPy的粉末,室温下搅拌至干燥。再将混合物移入氩气气氛保护下的聚四氟乙烯不锈钢反应釜,155℃保温12h,得到S@PPy复合物。
[0037] 将S@PPy复合材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合均匀,N- 甲基吡咯烷酮调节浓度,搅拌3h制作浆料。将制作好的浆料用刮涂法涂敷在集流体上,真空环境下60℃烘干12h。切成直径为16mm的圆形极片并组装电池测试。
[0038] 电化学性能测试结果表明本实例中制备的S@PPy复合材料在1C倍率下首次放电比容量达到749.6mAh/g,循环2000次后仍然保有63.7mAh/g,电池的稳定性整体弱于实施例1。
[0039] 对比例2
[0040] 将0.25mmol的甲基橙溶于80ml的去离子水中,5mmol的六水合三氯化铁溶于20ml的去离子水中,再将六水合三氯化铁溶液加入到甲基橙溶液中,立即生成红色絮状物,在室温下磁力搅拌10min,然后缓缓滴加347μl的吡咯单体,再在室温下磁力搅拌反应12h,之后将得到的溶液用抽滤分离,用无水乙醇和去离子水交替冲洗至滤液为无色,分离得到的沉淀物在50℃下真空干燥12h。得到干燥的聚吡咯纳米管粉末。
[0041] 取30mg的干燥后的聚吡咯纳米管分散到100ml去离子水中,取0.5mmol/l 的十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,搅拌5h后用去离子水离心洗涤,在50℃下干燥12h,得到改性后的聚吡咯纳米管。
[0042] 将0.015mol的四水合乙酸钴溶于30ml乙二醇,在室温下磁力搅拌形成均匀溶液,放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,于160℃下反应16h,将所得溶液用无水乙醇冲洗三遍,离心分离,分离得到的沉淀物在60℃下干燥12h。将干燥后的前驱体移入烧结炉中,升温速率3℃,烧结温度400℃,煅烧6h,再将煅烧后的粉末用玛瑙研钵充分研磨,得到小颗粒的Co3O4颗粒。
[0043] 取30mg改性的纳米管聚吡咯超声分散在无水乙醇中,再加入60mg的 Co3O4颗粒,超声分散10min,室温搅拌1h,之后离心分离,60℃下干燥3h,得到Co3O4/PPy复合材料。
[0044] 将49mg的升华硫溶于CS2溶液中,加入21mg Co3O4/PPy的粉末,室温下搅拌至干燥。再将混合物移入氩气气氛保护下的聚四氟乙烯不锈钢反应釜, 155℃保温16h,得到S@Co3O4/PPy复合物。
[0045] 将S@Co3O4/PPy复合材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合均匀, N-甲基吡咯烷酮调节浓度,搅拌3h制作浆料。将制作好的浆料用刮涂法涂敷在集流体上,真空环境下60℃烘干12h。切成直径为16mm的圆形极片并组装电池测试。
[0046] 电化学性能测试结果表明本实例中制备的S@Co3O4复合材料在1C倍率下首次放电比容量达到803mAh/g,循环2000次后仍然保有154.4mAh/g,电池的性能稍低于实施例1。
[0047] 对比例3
[0048] 将1mmol的甲基橙溶于80ml的去离子水中,2.5mmol的六水合三氯化铁溶于20ml的去离子水中,再将六水合三氯化铁溶液加入到甲基橙溶液中,立即生成红色絮状物,在室温下磁力搅拌10min,然后缓缓滴加347μl的吡咯单体,再在室温下磁力搅拌反应30h,之后将得到的溶液用抽滤分离,用无水乙醇和去离子水交替冲洗至滤液为无色,分离得到的沉淀物在80℃下真空干燥6 h,得到干燥聚吡咯纳米管粉末。
[0049] 取30mg的干燥后的聚吡咯纳米管分散到100ml去离子水中,取2mmol/l 的十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,搅拌2h后用去离子水离心洗涤,在80℃下干燥6h,得到改性后的聚吡咯纳米管。
[0050] 将0.03mol的四水合乙酸钴溶于30ml乙二醇,在室温下磁力搅拌形成均匀溶液,放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,于200℃下反应8h,将所得溶液用无水乙醇冲洗三遍,离心分离,分离得到的沉淀物在100℃下干燥6h。将干燥后的前驱体移入烧结炉中,升温速率3℃,烧结温度600℃,煅烧2h,再将煅烧后的粉末用玛瑙研钵充分研磨,得到小颗粒的Co3O4颗粒。
[0051] 取30mg改性的纳米管聚吡咯超声分散在无水乙醇中,再加入60mg的 Co3O4颗粒,超声分散10min,室温搅拌2h,之后离心分离,60℃下干燥3h,得到Co3O4/PPy复合材料。
[0052] 将49mg的升华硫溶于CS2溶液中,加入21mgCo3O4/PPy的粉末,室温下搅拌至干燥。再将混合物移入氩气气氛保护下的聚四氟乙烯不锈钢反应釜, 155℃下保温12h,得到S@Co3O4/PPy复合物。将S@Co3O4/PPy复合材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合均匀,N-甲基吡咯烷酮调节浓度,搅拌3h制作浆料。将制作好的浆料用刮涂法涂敷在集流体上,真空环境下60℃烘干12h。切成直径为16mm的圆形极片并组装电池测试。
[0053] 电化学性能测试结果表明本实例中制备的S@Co3O4/PPy复合材料在1C倍率下首次放电比容量达到783.9mAh/g,循环2000次后仍然保有166.8mAh/g,电池的性能稍低于实施例1。
[0054] 对比例4
[0055] 将0.7mmol的甲基橙溶于80ml的去离子水中,5mmol的六水合三氯化铁溶于20ml的去离子水中,再将六水合三氯化铁溶液加入到甲基橙溶液中,立即生成红色絮状物,在室温下磁力搅拌10min,然后缓缓滴加347μl的吡咯单体,再在室温下磁力搅拌反应20h,之后将得到的溶液用抽滤分离,用无水乙醇和去离子水交替冲洗至滤液为无色,分离得到的沉淀物在70℃下真空干燥 12h。得到干燥的聚吡咯纳米管粉末。
[0056] 取30mg的干燥后的聚吡咯纳米管分散到100ml去离子水中,取1mmol/L 的十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,搅拌4h后用去离子水离心洗涤,在70℃下干燥12h,得到改性后的聚吡咯纳米管。
[0057] 将0.015mol的四水合乙酸钴溶于30ml乙二醇,在室温下磁力搅拌形成均匀溶液,放入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中,于180℃下反应12h,将所得溶液用无水乙醇冲洗三遍,离心分离,分离得到的沉淀物在70℃下干燥12h。将干燥后的前驱体移入烧结炉中,升温速率3℃,烧结温度500℃,煅烧3h,再将煅烧后的粉末用玛瑙研钵充分研磨,得到小颗粒的Co3O4颗粒。
[0058] 取30mg改性的纳米管聚吡咯超声分散在无水乙醇中,再加入60mg的 Co3O4颗粒,超声分散10min,室温搅拌1h,之后离心分离,60℃下干燥3h,得到Co3O4/PPy复合材料。
[0059] 将49mg的升华硫溶于CS2溶液中,加入21mg Co3O4/PPy的粉末,室温下搅拌至干燥。再将混合物移入氩气气氛保护下的聚四氟乙烯不锈钢反应釜, 155℃保温16h,得到S@Co3O4/PPy复合物。
[0060] 将S@Co3O4/PPy复合材料、科琴黑、PVDF按照质量比7:2:1混合均匀, N-甲基吡咯烷酮调节浓度,搅拌3h制作浆料。将制作好的浆料用刮涂法涂敷在集流体上,真空环境下60℃烘干12h。切成直径为16mm的圆形极片并组装电池测试。
[0061] 电化学性能测试结果表明本实例中制备的S@Co3O4/PPy复合材料在1C倍率下首次放电比容量达到811.9mAh/g,循环2000次后仍然保有171.3mAh/g,电池的性能稍低于实施例1。
[0062] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。