[发明专利]一种亲油硫电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂硫电池正极及其制备方法，特别涉及一种高亲油性硫电极。

背景技术

近年来，随着科技的不断进步，各种电子产品的快速发展，要求所用的化学电源具有质量轻、体积小、容量大等特点。要想适应社会的需求，大幅度提高电池的能量密度，新材料和新体系的开发是必须的。

锂硫电池是一种以金属锂为负极、单质硫为正极的二次电池，其比能量理论上可达到2600Wh/kg，实际能量密度目前能达到400Wh/kg,未来几年内极有可能提高到600Wh/kg左右,同时单质硫正极材料具有来源丰富、价格便宜、环境友好等优点，被认为是当前最具研究吸引力的二次电池体系之一。

然而，研究近30年，除了近年来少数公司在高端领域里的应用示范外，锂硫电池仍然不能商业化生产。这是因为电池自身固有的一些严重缺陷还没有得到很好的解决，例如，实际的锂硫电池能量密度不高是限制其实际应用的关键因素之一。要想提高整个电池的能量密度，就要提高正极活性物质担量。由此引起的电极皴裂、电荷及离子转移电阻偏高，容量发挥不高、电池循环稳定性差等问题噬待解决。

要想将这些问题改善，达到实用化的水平，就要想办法在不影响电池放电容量的条件下提高正极活性物质的担量，因此，提高高载量硫电极的亲油性，使电解液充分浸润，降低锂离子的传导阻力刻不容缓。

目前，改善锂硫电池锂离子扩散阻力的方法主要是在正极中构建百纳米极的孔道，然而此措施带来的后果是加剧了放电过程中多硫化锂的溶解流失，造成电池放电容量降低，循环稳定性降低的后果。因此，开发新的改善锂硫电池中锂离子的传导的方法是必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的对电解液具有高浸润性的硫电极及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：将碳硫复合物、导电剂、粘结剂在溶剂中混合均匀后刮涂或涂覆至碳粉整平的碳布或碳纸上，干燥制得正极多孔电极，然后将硅油渗透至多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极。利用硅油的亲油性，使电解液均匀浸润至电极内部，尤其在高载量硫电极中有效地实现锂离子的传导，从而保证了高载量单质硫的电化学性能的发挥。并且，硅油中含有的硅氧键能在放电过程中有效地结合多硫化锂，抑制由于多硫化物溶解穿梭引起的自放电现象，从而实现了提高锂硫电池库仑效率及循环稳定性地目的。

一种亲油硫电极的制备方法，在碳粉整平的碳布或碳纸上刮涂或涂覆由碳硫复合物与粘结剂混合的浆料、或碳硫复合物、导电剂与粘结剂混合的浆料，干燥制得正极多孔电极，电极中硫担量为（2.0-5.0）mg/cm2，将硅油渗透至正极多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极，亲油硫电极中硅油的质量含量为0.2～30%,其中优选1～10%。

所述亲油硫电极的制备方法，

(1)将碳粉与粘结剂加入到分散剂中，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50%，得到浆料A;碳粉与粘结剂质量比为(99:1)～(90:10)；

(2)将浆料A均匀涂覆在碳纸或碳布上，经温度为20℃～90℃条件下干燥后,得到带整平层的极片B；

(3)将碳硫复合物与粘结剂加入到分散剂中，加入或不加入导电剂，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50%，得到浆料C；所述的碳硫复合物、导电剂、粘结剂的质量比为(70-90):(0-20)：10；

(4)将浆料C均匀涂覆在极片B，经温度为50℃～120℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D；

(5)将硅油与易挥发溶剂超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤5-20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中100-170℃保温10-120min，得到亲油多孔硫电极。