[发明专利]全石墨锂硫电池及其制备方法

说明书

全石墨锂硫电池的制备方法，将多孔石墨与单质硫混合，将硫负载到多孔石墨中，制得石墨/硫复合材料，将石墨/硫复合材料与导电剂、粘结剂混合，加入溶剂制得正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体上，干燥后得到正极极片；将多孔石墨与导电剂、粘结剂混合，加入溶剂制得负极浆料，将负极浆料涂覆于负极集流体上，干燥后得到多孔石墨负极，将多孔石墨负极进行预锂化处理，得到嵌锂石墨负极；将正极极片、嵌锂石墨负极、隔膜组装在一起，加入电解液制成锂硫电池。本发明将多孔石墨用于制备正、负极，提高了电子电导率，并可缓解多硫化锂的穿梭效应，同时采用预锂化多孔石墨电极取代金属锂负极，避免了锂枝晶的产生，提高了电池安全性。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种全石墨结构的锂硫电池。

背景技术

近年来便携式电子设备及电动汽车发展迅猛，因此对于高比能长循环储能设备的需求也更加迫切。目前商业化的锂离子电池以嵌入反应为主，理论比容量较低，能量密度难以突破300Wh/kg。单质硫具有较高的理论比容量(1675mAh/g)，当正极采用硫为活性物质，负极采用金属锂为活性物质时，锂硫电池的理论能量密度可达2600Wh/kg，体积能量密度达3400Ah/L，而且单质硫的成本较低，因此锂硫电池成为极具潜力的下一代高比能电池。

但目前锂硫电池在实际应用中仍存在以下问题：一是单质硫与放电终产物为绝缘体，活性物质利用率低；二是其中间产物(多硫化锂)溶于电解液，会造成“穿梭效应”，导致容量衰减快，库伦效率低；三是金属锂负极容易产生锂枝晶，刺破隔膜，引发安全问题。

为解决以上问题，研究者们进行了大量的研究，来提高锂硫电池的电化学性能。例如利用介孔碳、导电聚合物等材料作为正极活性物质载体，提高其电子电导率。或是使用极性物质材料作为正极活性物质载体，通过载体与多硫化锂之间的相互作用降低多硫化锂的溶解，缓解穿梭效应。或是以硫化锂作为正极活性物质，以石墨、硅等材料取代金属锂，以排除安全隐患。但以上方法在电池工业化制备过程中仍受到一些技术上的制约，如厚电极难以涂覆、干燥期间易出现裂纹，导致活性物质脱落，并且繁琐的材料制备工艺不适合用于大规模生产等。而且锂硫电池想要获得可与商业锂离子电池相比拟的能量密度，正极复合材料中硫含量必须大于75wt％，正极片的硫载量应在5mg/cm²以上。因此，依然存在需要更进一步改善锂硫电池的电化学性能的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全石墨锂硫电池及其制备方法，可以克服单质硫不导电、多硫化锂易溶于电解液而导致电池循环新能差、库伦效率低，以及金属锂负极易产生锂枝晶的问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

全石墨锂硫电池的制备方法，包括以下步骤：

制备正极极片：将多孔石墨与单质硫以2～5:5～8的质量比混合，将硫负载到多孔石墨中，制得石墨/硫复合材料，将石墨/硫复合材料与导电剂、粘结剂混合，加入溶剂制得正极浆料，将正极浆料涂覆于正极集流体上，干燥后得到正极极片；

制备负极极片：将多孔石墨与导电剂、粘结剂混合，加入溶剂制得负极浆料，将负极浆料涂覆于负极集流体上，干燥后得到多孔石墨负极，将多孔石墨负极进行预锂化处理，得到嵌锂石墨负极；

组装电池：将正极极片、嵌锂石墨负极、隔膜组装在一起，加入电解液制成锂硫电池。

全石墨锂硫电池的制备方法，包括以下步骤：

制备多孔石墨电极：将多孔石墨与导电剂、粘结剂混合，加入溶剂制得电极浆料，将电极浆料涂敷于集流体上，干燥后得到多孔石墨电极；

制备负极极片：将多孔石墨电极进行预锂化处理，得到嵌锂石墨负极；

组装电池：将多孔石墨电极、嵌锂石墨负极、隔膜组装在一起，先将含有长链多硫化锂的溶液滴加到正极集流体表面，然后再加入电解液，得到锂硫电池。