[发明专利]一种锂-硫电池用电极结构及其制备和应用

权利要求书

1.一种锂-硫电池用电极结构，其特征在于：所述电极是以碳材料和活性物质硫作为基体材料制备而成，电极中均匀分布有大孔孔道结构，大孔孔径0.5um-5um，孔间距0.5um-5um，孔容0.2-2cm³/g，占电极总孔容的40-80%；大孔孔道通过其余孔道交错贯通，其余孔道为孔径为1nm-500nm和孔径为5um-20um的孔道，其中硫的质量分数为40-80%。

2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述碳材料为粒径在10-100nm的KB600、KB300、BP2000、XC-72、Acetylene black、Alkaline-activated carbon、碳气凝胶或碳干凝胶中的一种或多种；

所述电极由碳材料、活性物质硫和粘结剂组成，粘结剂所占的质量分数为10-30%。

3.一种如权利要求1所述电极结构的制备方法，其特征在于，所述电极按如下过程制备而成，

1）将碳材料与粘结剂共混于溶剂中，其中粘结剂占碳材料和粘结剂总质量分数的2-8%，固体物质与溶剂比例为1-10mg固体/ml溶剂；于40-80摄氏度下烘干，后在300-360摄氏度N₂或Ar惰性气氛保护下热处理1-4小时，形成碳材料聚集体；

2)对碳材料聚集体进行充硫操作，充硫方法为熔融法充硫或气相充硫，得到碳硫复合电极材料；

熔融法充硫法是将碳材料聚集体和硫的机械混合物，于氮气或氩气惰性气氛中，150-160摄氏度静置5-10小时；

气相充硫法是将碳材料聚集体和硫的机械混合物，于氮气或氩气惰性气氛的密闭容器中，300-500摄氏度静置2-12h；其中碳材料与硫的质量之比为1:4-3:2；

3）将碳硫复合电极材料再次与粘结剂共混于溶剂中，得到电极浆料，其中固体物质与溶剂比例为10~200mg固体/ml溶剂；采用刮涂、喷涂或辊压的方式，制备得到片状电极，或者采用刮涂法将其涂覆于铝箔上，于40-80摄氏度烘干制得电极；

电极浆料中粘结剂总质量占电极浆料中固体物质的质量分数为10-30%，粘结剂总质量包括碳材料聚集体中的粘结剂和再次加入的粘结剂的质量。

4.一种如权利要求1所述电极结构的制备方法，其特征在于，所述电极还可按如下过程制备而成，

1）将碳材料与导电碳材料机械混合，得混合物；其中导电碳材料为粒径0.5-10um的导电炭黑和/或石墨，其质量分数为5-30%；

2）采用与权利要求3步骤2）相同的工艺进行充硫，得到碳硫复合电极材料；

3）将碳硫复合电极材料与粘结剂共混于溶剂中得到电极浆料，其中粘结剂的质量占电极浆料中固体物质的质量分数为10-30%，固体物质与溶剂比例为10-200mg固体/ml溶剂；将电极浆料采用刮涂、喷涂或辊压的方式，制得片状电极，或者采用刮涂法将其涂覆于铝箔上，于40-80摄氏度下烘干制得电极。

5.根据权利要求3或4所述电极结构的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PTFE或PVDF，

采用PTFE作为粘结剂，溶剂为醇、水或醇水混合液，醇水混合液中醇与水质量比为1:4~4:1；

或，采用PVDF作为粘结剂，溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、碳酸三乙酯、二甲基亚砜或丙酮中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述电极结构的制备方法，其特征在于，所述醇包括乙醇、异丙醇、乙二醇或丙三醇中的一种或多种。

7.一种权利要求1或2所述电极的应用，其特征在于，所述电极作为锂硫电池正极使用。