[发明专利]一种吡咯表面处理的锂电极及其锂硫电池

权利要求书

1.一种锂硫电池，包括正极、负极和隔膜，正极的电极材料侧间以隔膜与负极的表面处理层相对；其特征在于，该锂硫电池的负极是以吡咯表面处理的锂电极，具体通过下述方法制备获得：

(1)取0.5～5摩尔的吡咯溶于1升四氢呋喃中，得到吡咯THF溶液；

(2)在氩气氛保护下，以10Kg/cm²的压力将金属锂片压到圆形铜膜上，得到直径为18mm、厚0.2mm的负极基材；

(3)取0.1mL吡咯THF溶液涂敷到负极基材的金属锂侧，反应0.5～5小时后，60℃干燥去除THF，得到表面形成吡咯锂的锂电极；

所述隔膜是改性无孔聚丙烯隔膜，隔膜一侧具有由PVP改性Li⁺型Nafion树脂粘结乙炔黑的导电层；

所述正极通过下述方式制备获得：取1.4g正极材料，与乙炔黑、粘结剂按质量比70∶20∶20混合，调制成糊状；取0.1mL涂敷到直径为18mm的圆形铝膜上并阴干，在100Kg/cm²的压力下压制成型得到正极；所述粘结剂为PVP改性Li⁺型Nafion树脂粘结剂；

所述正极材料通过下述方式制备获得：将单质硫与大孔碳材料按质量比为7∶3机械混合均匀，置于316不锈钢材质的反应器内；然后将反应器抽真空后加热至80℃，反应5～10小时后完成硫的担载，再将反应产物冷却至10～30℃，即制得正极材料；

所述PVP改性Li⁺型Nafion树脂的制备方法为：向溶有Li⁺型Nafion树脂的N-甲基吡咯烷酮中加入PVP，Nafion树脂和PVP的质量比为1∶0.3～1.2；25℃下搅拌1小时后，在60℃下真空干燥12小时，得到PVP改性Li⁺型Nafion树脂；

所述PVP改性Li⁺型Nafion树脂粘结剂的制备方法为：向溶有Li⁺型Nafion树脂的N-甲基吡咯烷酮中加入PVP，Nafion树脂和PVP的质量比为1∶0.3～1.2；25℃下搅拌1小时后，即得到PVP改性Li⁺型Nafion树脂粘结剂。

2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述大孔碳材料的制备方法为：

按质量比1∶1称取粒径为15～40nm的亲水性纳米CaCO₃和葡萄糖各10g，加入至100ml去离子水中，超声振动混合30分钟使葡萄糖溶解并与纳米CaCO₃分散均匀；加热使水蒸发，然后在160℃下固化6小时；将固化产物在氮气氛保护下升温至900℃，恒温碳化2小时；碳化产物依次用5wt％浓度的硝酸、去离子水洗涤，再120℃下恒温干燥4小时后，得到大孔碳材料。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述改性无孔聚丙烯隔膜的制备方法为：60℃下，取0.07g的PVP改性Li⁺型Nafion树脂溶于2g的N-甲基吡咯烷酮中，加入0.07g乙炔黑搅拌均匀；取0.5mL混匀物滴到直径为19mm的市贩的微孔聚丙烯隔膜上，60℃下真空干燥12小时后得到改性无孔聚丙烯隔膜。

4.权利要求1所述锂硫电池的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)取0.5mL粘结剂滴到所述锂电极的吡咯处理面上，在60℃下真空干燥12小时后形成含PVP改性Li⁺型Nafion树脂和吡咯化锂层的负极；

(2)在正极的电极材料面滴加0.5mL粘结剂并干燥后，与所述改性无孔聚丙烯隔膜的导电层面相对放置，再将上述负极置于其上，其吡咯处理面侧与改性无孔聚丙烯隔膜的无导电层相对；在130℃下以50Kg/cm²的压力压制成型，得到一体化的锂硫电池膜电极；

(3)将一体化的锂硫电池膜电极浸泡于电解液中1小时后，以滤纸吸去多余电解液；所述电解液以Li(CF₃SO₂)₂N为溶质，二氧戊环和乙二醇甲醚的混合物为溶剂，二氧戊环和乙二醇甲醚的体积比为1∶1，每升电解液中含一摩尔Li(CF₃SO₂)₂N；

(4)在负极的铜膜侧垫上直径为17mm、厚1mm、空隙率为98％的圆形泡沫镍片后，加密封圈和电池盖之后密封，得到扣式锂硫电池。