[发明专利]一种高能量密度的锂硫电池电极的制备方法及应用

权利要求书

1.一种高能量密度的锂硫电池电极的制备方法，其特征在于，首先制备三维导电碳纤维网络，然后将碳纳米管、导电炭黑与单质硫混合形成均匀的单质硫浆料，以三维导电碳纤维网络作为集流体，直接将三维导电碳纤维网络浸入单质硫浆料中，注入单质硫浆料后烘干，形成硫在三维导电碳纤维网络内均匀分布的碳/硫复合锂硫电池电极；

三维导电碳纤维网络是以脱脂棉为原材料，通过800～1200℃高温处理使材料碳化、结晶化，从而得到体积可控、空心、高导电、柔性的碳纤维网络结构体，中空碳纤维的直径为1～100微米，内径为0.5～90微米；

通过调节单质硫浆料的浓度来调控硫的担载量，其中所述烘干温度为60～100℃，烘干时间为24小时，得到锂硫电池电极材料；

在锂硫电池电极中，硫的担载量根据浆料的浓度20mg/ml～100mg/ml及浆料中硫的质量百分含量来调节，硫的质量面密度为1 mg/cm²～80 mg/cm²。

2.按照权利要求1所述的高能量密度的锂硫电池电极的制备方法，其特征在于，单质硫浆料是将单质硫、导电炭黑和碳纳米管混合分散在分散溶剂中，形成的分散性良好的浆料；分散之前，碳纳米管经过体积比1: （2～4）的浓硝酸与浓盐酸在50～70℃下24小时酸化处理，处理后的碳纳米管具有更好的分散性，单质硫、酸化处理后的碳纳米管以及导电炭黑的质量比例为（6～9）:（0.5～2）:（0.5～2）。

3.按照权利要求2所述的高能量密度的锂硫电池电极的制备方法，其特征在于，单质硫浆料的制备方法有细胞粉碎超声、水浴超声或搅拌，实现均一分散。

4.按照权利要求2所述的高能量密度的锂硫电池电极的制备方法，其特征在于，分散溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇、甘油、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、丙酮、甲苯、二甲苯、冰醋酸、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、乙腈、1, 3-二氧环戊烷和1, 4-丁内酯中的一种或两种以上；

单质硫为正交硫、无定形硫、升华硫中的一种或两种以上；

碳纳米管为少壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或两种。

5.按照权利要求2所述的高能量密度的锂硫电池电极的制备方法，其特征在于，分散溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、聚乙烯醇、甘油、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、丙酮、甲苯、二甲苯、冰醋酸、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、乙腈、1, 3-二氧环戊烷和1, 4-丁内酯中的一种或两种以上；

单质硫为正交硫、无定形硫、升华硫中的一种或两种以上；

碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管中的一种或两种。

6.按照权利要求1所述方法制备的高能量密度的锂硫电池电极的应用，其特征在于，锂硫电池电极的极片具有柔韧性，弯折角为20^o～180 ^o，在弯折条件下保证导电性，用于柔性锂硫电池。

7.按照权利要求1所述方法制备的高能量密度的锂硫电池电极的应用，其特征在于，利用锂硫电池电极的极片制备出柔性锂硫电池，柔性锂硫电池的组装在氩气手套箱中进行；锂硫电池电极中的三维导电碳纤维网络起到集流体的作用，锂硫电池电极的尺寸根据三维导电碳纤维网络的大小而改变，单片锂硫电池电极尺寸为3平方毫米至500平方厘米。