[发明专利]一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学应用技术领域，特别涉及一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法。

背景技术

锂硫二次电池具有高达1675mAh/g的理论比能量，它的工作电压在2.1V左右，能满足多种场合的应用需求，而且单质硫具有资源丰富、成本低廉、环境友好等特点，极具应用开发前景，是当前化学电源领域的研究热点。然而，活性物质利用率低和循环性能差一直制约着锂硫电池的进一步发展和应用。为了克服这些问题，研究者们在硫电极的材料组成和制备方法﹑电解液的优化﹑锂负极的表面修饰等方面进行了深入研究。在对硫电极的研究中，硫/碳复合材料取得了较为显著的效果。通常所采用的碳材料具有高比表面和孔隙结构，这有利于硫的均匀分布与负载，利用热处理或溶液浸渍的工艺可以将硫均匀分散到孔道或空隙中，可以明显改善硫正极的导电性。同时，利用微孔﹑介孔较强的吸附性能来限制多硫化物的溶解流失。另外硫对碳孔的不饱和填充，为体积膨胀提供缓冲空间。通过设计碳材料的孔径大小、孔容积、比表面积及形貌，调整不同孔径的比例等方法可以提高负载量和分散度，以期达到提高电极材料的放电容量和改善电极循环稳定性的目的。

近年来，大量的碳孔材料（从小于2nm的微孔材料到大于50nm的大孔材料）被应用到锂硫电池中，用以改善电池的比容量和循环稳定性。然而这些碳孔材料由于其密度小﹑比表面积大导致其与集流体铝箔的粘结性较差，这在很大程度上影响锂硫电池的循环寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料的制备方法，该制备方法简单并能有效解决浆料与集流体之间粘结性不好的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1）过渡层的制备：将碳材料与硫混合均匀，在管式炉里，在惰性气氛下程序升温，使混合物充分反应后冷却至室温，得到硫/碳复合材料，将硫/碳复合材料加入到NMP中，充分混合调浆，涂布在铝箔集流体上，在60℃真空干燥箱干燥24小时，得到带有过渡层的铝箔集流体；

2）活性层的制备：将石墨烯与硫按照质量比1:9~10的比例混合均匀，在管式炉里，在惰性气氛下程序升温，使混合物充分反应后冷却至室温，得到硫/石墨烯复合材料，将硫/石墨烯复合材料:PVDF:SP按照质量比（7~8）:（1~2）:1的比例混合，加入NMP调节浆料粘度，磁力搅拌4小时，放入超声振荡器中，超声功率40-200W，超声振荡1小时，制得浆料，然后涂布在过渡层上，在60℃真空干燥箱干燥24小时，得到最终的正极片。

本发明的一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法，步骤1）中所述的碳材料为石墨、碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、SP、KS中的一种或几种。

本发明的一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法，步骤1）中过渡层所使用的碳材料，其表面积小于100m²/g，粒径D50小于10μm。

本发明的一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法，步骤1）中所述过渡层的厚度为2-10μm。

本发明的一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法，所用石墨烯的比表面积为400-600m²/g，导电率为8000-12000S/m。

本发明的有益效果是：本发明的硫/碳复合正极材料制备方法，操作简单，通过双层涂布，有效解决浆料与集流体之间粘结性不好的问题，不存在起皮，掉料现象，压实后能得到很完整的正极材料，并且具有良好的循环性能。

附图说明

附图1是本发明实施例1制备的硫含量为65 wt.%的石墨烯锂硫电池， 0.2C倍率下的首次充放电曲线。

附图2是本发明实施例1制备的硫含量为65 wt.%石墨烯锂硫电池，在0.2C倍率下100次循环稳定性测试。

具体实施方式

下面将结合具体实施例中对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明中，过渡层中所采用的碳材料的比表面积小，材料中的孔隙或孔道比较少，一般载硫量比较低，因此随着涂层厚度的增加会降低电池的能量密度。理论上说，过渡涂层是越薄越好。但随着涂层减薄，活性涂层与集流体之间的粘着力会受到影响，这对电池的性能有不利影响。对于常规的碳材料而言，导电涂层的厚度通常在一至十几微米，本发明涂层的厚度优选为1～10微米。本发明所采用的石墨烯比表面积400-600m²/g，导电率8000-12000S/m。

实施例1