[发明专利]一种锂亚硫酰氯多孔正极的制备方法及其应用

说明书

本公开涉及一种锂亚硫酰氯多孔正极的制备方法及其应用，所述的制备方法包括：将含有乙炔黑的浆料采用涂覆的方法包覆在金属丝上，再将碳纤维和包覆浆料的金属丝编织成网，即得到锂亚硫酰氯多孔正极，该制备方法简便易操作。本发明方法制备的多孔正极包含两种孔：一种为碳纤维表面和乙炔黑表面的微孔，提高了正极的比表面积及放电过程中的空间利用率；另一种为碳纤维与金属丝缝隙间的大孔，可有效缓解不溶物产物对电极孔道的堵塞，提高锂亚硫酰氯电池的放电性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种锂亚硫酰氯多孔正极的制备方法及其应用。

背景技术

锂亚硫酰氯电池(Li/SOCl₂)是目前一次电池中工作电压最高(3.6V)和实际输出比能量相对较高的一种电池(比能量可达590Wh/kg)，并且放电平稳，工作温度范围宽，低温性能好，自放电低，储存寿命长等优点。其作为大容量一次特种电源，在空间、水中等特殊环境中具有极高的技术优势。锂亚硫酰氯电池采用金属锂为负极，亚硫酰氯为正极活性物质，碳正极为亚硫酰氯电化学反应的载体。在放电的过程中，负极金属锂被氧化成锂离子，在碳正极中亚硫酰氯被还原，生成不溶物S和LiCl。随着放电的进行，碳正极表面和多孔逐渐被不溶物覆盖堵塞，使碳正极钝化失活，导致电池寿命终止。因此，作为亚硫酰氯电化学反应的载体，碳正极的孔结构对电池性能具有重要的影响。

正极多孔性越好，活性面积越大，则电解液渗透传输越容易，活性物质的利用率越高，电极活性面积越大，同时参与电化学反应的活性物质就越多，输出容量也就越大。采用大孔径碳材料制备的正极可以有效缓解电极孔道的堵塞，然而材料的比表面积低，就决定了电化学反应的面积小。改用小孔径的碳材料，虽然有较大的比表面积，但电极孔道在放电过程中极易堵塞。因此制备出不同孔径分布的多孔正极，是提高锂亚硫酰氯电池的放电性能的途径之一。根据中国专利公布号CN 104518219 A,公布日为2015年4月15日，发明名称为“多孔碳材料在锂-亚硫酰氯电池正极中的应用”，采用粒径为1-30μm的多孔碳材料颗粒制备正极。该正极材料中分布两种孔，一种为碳材料本身的孔(5-90nm)，另一种为颗粒之间缝隙产生的孔(100-500nm)。根据中国专利公布号CN 104733738 A,公布日为2015年6月24日，发明名称为“一种锂亚硫酰氯功率型电池正极制备方法”，采用多次加温进行纤维化使粉料形成疏松多孔的形态，增大正极碳电极的活性面积和孔率，提高反应活性。该方法可以制备出多孔碳正极，但无法保证宽范围的孔径分布。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂亚硫酰氯多孔正极的制备方法，提高了电池的安全性能。

本发明的一种锂亚硫酰氯多孔正极的制备方法包括：将碳纤维和金属丝在乙醇和丙酮的混合溶液中超声清洗，将超声清洗后的碳纤维烘干并高温活化处理，然后将含有添加剂的乙炔黑浆料采用涂覆的方式包覆在经超声清洗后的金属丝上，再将高温活化处理的碳纤维与表面包覆有浆料的金属丝编织成网，具体按以下步骤进行：

a将碳纤维和金属丝置于体积比为1:1～4:1的乙醇和丙酮的混合溶液中，超声处理20～60min，然后用去离子水将超声后的碳纤维和金属丝清洗3～5次并烘干。

b将超声清洗后烘干的碳纤维在300～500℃，特定气氛中活化处理。

c将乙炔黑、乙醇、添加剂、粘合剂和纯水按质量比为100:0.05～1.1:5～9:65～95:3～3.5的比例混合成均匀浆料，采用涂覆的方法包覆在经a步骤处理的金属丝上。

d将活化处理的碳纤维为纬线，表面包覆有浆料的金属丝为经线在编织机上编织成网，即得所述锂亚硫酰氯多孔正极。

在一个实施例中，所述的碳纤维为活性碳纤维或石墨纤维或导电碳纤维中的一种。

在一个实施例中，所述的金属丝为镍丝或不锈钢丝或铜丝或钨丝或钛丝中的一种。