[发明专利]一种高硫负载锂硫电池正极及其制备方法、锂硫电池

说明书

本发明提供了一种高硫负载锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：将碳材料和硫加入水中，混合均匀得到碳硫混合浆液；将碳硫混合浆液加入砂磨机中进行纳米球磨，再进行干燥并粉碎，然后加热熔融，得到碳硫复合正极材料；将导电剂、粘合剂及碳硫复合正极材料加入水中，混合均匀后制得锂硫电池正极浆料前驱体，然后将正极浆料前驱体加入砂磨机中进行纳米球磨，得到锂硫电池正极浆料；将锂硫电池正极浆料均匀涂覆在铝箔上，经烘干后得到高硫负载锂硫电池正极。该方法原料成本低，工艺简单，过程可控，有利于制得硫负载量高的锂硫电池正极。本发明还相应提供由该方法制得的锂硫电池正极，以及由该正极组装得到的锂硫电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高硫负载锂硫电池正极及其制备方法、锂硫电池。

背景技术

根据国家规划，近三十年内可充放电的锂电池的比容量要达到能量密度400Wh/kg以上。但受传统正极材料如钴酸锂、磷酸铁锂等理论比容量的限制，传统的锂离子电池能量密度很难提高到300Wh/kg以上，因而需要开发新的锂电池系统以达到400Wh/kg以上。锂硫电池是目前世界上公认的能够在短时间内商业化应用且能量密度能够达到400Wh/kg以上的新型锂电池。但是这种电池想要实际应用还有很多问题需要解决，例如正极中硫的绝缘性、电解液中可溶性多硫化物的穿梭效应、负极锂枝晶的生长等问题。从提高锂硫电池能量密度的角度考虑，最需要解决的问题就是提高正极极片中硫的负载量以及活性物质硫的利用率。

利用常规的方法将活性物质、导电剂和粘合剂简单搅拌混合后很难涂覆出高硫负载的极片，迄今为止的大部分文献记载的硫的负载量都在1mg/cm²左右；尽管这些锂硫电池报道的比容量都比较高，但是实际上单位面积能够提供的容量较小，达不到应用的要求。而少部分文献报道的锂硫电池正极虽然硫负载量高，但制备过程比较复杂，不利于生产的扩大化。如中国专利申请CN201410208703.3公开了一种锂硫电池柔性高硫负载自修复正极结构及其制备方法，主要是利用石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫作为硫的载体，提高硫的负载量；该方法首先要制备出合格的石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫，然后再将硫渗入到载体中，一方面这种柔性泡沫的制备难度较高，另一方面，硫的渗入技术难度也比较大，可能造成硫分布的不均匀，不利于扩大生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高硫负载锂硫电池正极及其制备方法、锂硫电池。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高硫负载锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳材料和硫加入水中，混合均匀得到碳硫混合浆液；

(2)将步骤(1)后的碳硫混合浆液加入砂磨机中进行纳米球磨，再进行干燥并粉碎，然后加热熔融，使硫渗透到碳材料的孔道中，得到碳硫复合正极材料；

(3)将导电剂、粘合剂及步骤(2)后的碳硫复合正极材料加入水中，混合均匀后制得锂硫电池正极浆料前驱体，然后将正极浆料前驱体加入砂磨机中进行纳米球磨，得到锂硫电池正极浆料；

(4)将步骤(3)后的锂硫电池正极浆料均匀涂覆在铝箔上，经烘干后得到高硫负载锂硫电池正极。

本发明的制备方法，制备碳硫复合正极材料以及正极浆料的过程中均使用砂磨设备，首先通过将碳硫混合浆液加入砂磨机中进行纳米球磨，使硫的粒度达到纳米级，并与碳颗粒充分混合，实现硫在碳表面的均匀包覆，从而在加热熔融过程中促使硫均匀地渗入碳孔道中，同时保证了硫的渗入量；再通过将正极浆料前驱体加入砂磨机中进行纳米球磨，使活性物质在正极浆料中分散均匀，不产生团聚，从而有利于锂离子的传输，提升了正极的电化学性能。