[发明专利]碳纳米管-石墨复合材料、锂硫电池正极材料和锂硫电池

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及碳纳米管‑石墨复合材料、锂硫电池正极材料和锂硫电池。本发明提供了一种碳纳米管‑石墨复合材料，由包括碳纳米管、聚酰亚胺短切纤维、成型助剂、疏解剂、分散剂和极性有机溶剂的制备原料，依次经成型、炭化、石墨化和辊压制成；所述碳纳米管‑石墨复合材料具有孔隙。实施例结果表明，利用本发明提供的复合材料制备的锂硫电池正极材料，可制备得到在1C倍率下，循环200次比容量仍为470mAh/g的锂硫电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及碳纳米管-石墨复合材料及其制备方法、锂硫电池正极材料及其制备方法和锂硫电池。

背景技术

硫在地球中储量丰富，环境友好，无污染，且其具有较高的理论比容量和能量密度，因此可用作电池正极活性材料。硫作为活性材料时，通常负载在集流体上形成正极片，与负极和电解液共同组装为锂硫电池。目前制备的锂硫电池正极用集流体多为铝箔材料，利用该材料制备得到的锂硫电池的电容量衰减迅速，电池的循环稳定性并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管-石墨复合材料，以此作为集流体能够制备得到循环稳定性较好的锂硫电池。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种碳纳米管-石墨复合材料，由包括碳纳米管、聚酰亚胺短切纤维、成型助剂、疏解剂、分散剂和极性有机溶剂的制备原料，依次经成型、炭化、石墨化和辊压制成；

所述碳纳米管-石墨复合材料具有孔隙。

优选的，所述碳纳米管与聚酰亚胺短切纤维的质量比为1：1～7；

聚酰亚胺短切纤维与疏解剂的质量比为1：0.005～0.01；

碳纳米管与分散剂的质量比为1：0.005～0.01；

碳纳米管和聚酰亚胺短切纤维的总质量与成型助剂的质量比为1：0.004～0.01。

优选的，所述成型助剂包括粘结剂和凝絮剂；

所述粘结剂包括聚丙烯酸酯和/或聚乙烯醇；

所述凝絮剂包括阳离子聚丙烯酰胺和/或阴离子聚丙烯酰胺。

优选的，所述碳纳米管-石墨复合材料孔隙的孔径为3～100nm，比表面积为15～30m²/g，孔隙率为50～60％，表面电阻为3～15Ω/□。

本发明提供了上述技术方案所述碳纳米管-石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将包括碳纳米管、聚酰亚胺短切纤维、疏解剂、分散剂和极性有机溶剂的混合料进行剪切，得到混合浆料；

(2)将所述步骤(1)的混合浆料与成型助剂混合后，进行成型，得到碳纳米管-聚酰亚胺无纺布；

(3)将所述步骤(2)的碳纳米管-聚酰亚胺无纺布依次进行炭化、石墨化和辊压，得到碳纳米管-石墨复合材料。

优选的，所述步骤(3)中，炭化的温度为1000～1200℃，炭化的时间为3～8h；

石墨化的温度为2800～3000℃，石墨化的时间为24～48h；

辊压的压力为100～120kN/m。

本发明提供了一种锂硫电池正极材料，包括集流体、多硫化物阻隔层和位于所述集流体和多硫化物阻隔层之间的活性材料；

所述集流体为上述技术方案所述的碳纳米管-石墨复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碳纳米管-石墨复合材料；

所述活性材料包括硫单质；