[发明专利]一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法

说明书

一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法，属于锂硫电池制备技术领域。所述的锂硫电池有柔性正极、柔性负极、PP隔膜、电解液、铝塑膜构成；制备过程中，正极与负极均使用商业化柔性炭布作为载体。利用炭布作为正极载体，可以有效解决单质硫的导电性问题与避开传统涂覆法制备的电极在弯曲之后发生电极活性物质脱落的问题。而利用炭布作为负极载体，一方面有效的改善金属锂负极的柔韧性；同时另一方面，炭布作为三维的导电骨架可以有效的分散电流而使得金属锂在充放电过程中可以均匀的溶解和沉积而抑制枝晶的生长，从而利于电池的寿命提升。本发明首次制备CC@Co/CNTs材料，其相较于炭布原材料，具有更高的比表面积与导电性。

技术领域

本发明属于锂硫电池制备技术领域，具体涉及一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法。

背景技术

随着便携式电子产品的发展，人们对柔性电池的要求越来越急迫。作为电子产品最为关键的部件之一，柔性电池的能量密度与可靠性直接决定着便携式电子产品的性能。现阶段商业化的电池体系中，锂离子电池是能量密度较高的储能器件，虽然目前已有将锂离子电池柔性化的研究，但锂离子电池的正负极材料主要是基于嵌入与脱嵌反应，质量比能量较低，不利于便携电子设备的轻薄化。而锂硫电池正极为单质硫（理论比容量高达1675mAh/g），负极为金属锂，正负极活性物质均为密度小、容量大的物质，故锂硫电池的理论能量密度高达2600 Wh/kg。因此将锂硫电池柔性化，可以有效的降低便携式电子产品的重量，从而减轻人们的负重，提高效率。

当前柔性锂硫电池仍然存在一些问题，一是正极活性物质-单质硫为绝缘体，不可以直接作为电极；二是锂硫电池中间产物会溶解于电解液，并进一步引起“穿梭效应”而造成电池的充电效率低与循环寿命差；三是传统的涂覆法制备的电极可能在柔性电池经历多次弯曲之后发生电极活性物质的脱落而导致性能衰减甚至失效。

发明内容

本发明的目的是为了解决单质硫不导电及传统涂覆法难以实现柔性电极的问题，提供一种双炭布柔性锂硫电池及其制备方法，制备过程中，正极与负极均使用商业化柔性炭布作为载体。利用炭布作为正极载体，可以有效解决单质硫的导电性问题与避开传统涂覆法制备的电极在弯曲之后发生电极活性物质脱落的问题。而利用炭布作为负极载体，一方面有效的改善金属锂负极的柔韧性；同时另一方面，炭布作为三维的导电骨架可以有效的分散电流而使得金属锂在充放电过程中可以均匀的溶解和沉积而抑制枝晶的生长，从而利于电池寿命的提升。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种双炭布柔性锂硫电池，其特征在于：所述的锂硫电池由柔性正极、柔性负极、PP隔膜、电解液、铝塑膜构成；

所述的PP隔膜位于柔性正极和柔性负极之间；所述的柔性正极和柔性负极与PP隔膜之间充满电解液；所述的柔性正极和柔性负极外封装有铝塑膜。

一种上述的双炭布柔性锂硫电池的制备方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：柔性正极的制备：

（1）将可溶性钴盐与尿素溶解于水中，其中，可溶性钴盐浓度为0.001~0.2 mmol/L，尿素浓度为0.001~0.2 mmol/L，取10~80 mL上述得到的混合溶液放入水热釜，并将长×宽为1~4cm×1~8cm的炭步浸入水热釜的混合溶液中，进行水热反应，得到负载有钴氧化物纳米线的炭布，命名为CC@CoO_x；所述水热反应的温度为50~150℃，时间为2~48 h；

（2）将2-甲基咪唑溶解于有机溶剂中，并将（1）制得的CC@CoO_x放入其中，使2-甲基咪唑的浓度为0.001~0.1 mol/L，进行溶剂热反应，使得钴氧化物纳米线与2-甲基咪唑反应生成金属-有机框架纳米线，得到CC@ZIF-67；所述溶剂热反应的温度为60~200℃，时间为2~48 h；