[发明专利]一种柔性电极薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种柔性电极薄膜及其制备方法与应用。所述薄膜包含氟化碳负载硫复合材料、碳纳米管和粘结剂，所述氟化碳负载硫复合材料、碳纳米管和粘结剂的质量比为(5‑12):(0.8‑1.2):(0.8‑1.2)。所述薄膜经过热压后，得到自支撑柔性正极。本发明采用常压低温干燥和高温短时间热压相结合的制备方法，可以使硫产生二次融扩，降低电极电阻，实现薄膜成型、提高柔性和减少活性组分硫损失的效果，电极结构紧密、柔性优异、导电性良好。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种柔性电极薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对移动电源的性能要求越来越高，各种便携式电子产品配套电源向高比能量、大功率、长寿命、高安全性、高环境适应性的方向发展。锂硫电池理论比能量为2600Wh/kg，是下一代高能量密度电池技术开发的重要方向。然而，单质硫及其放电产物的电子电导率低，可溶性多硫化物产物的穿梭副反应，导致正极材料容量利用效率低、循环稳定性差、功率性能受限，严重制约了锂硫电池技术的发展。同时，单质硫的低电导率和低密度特征使正极的活性负载质量难以有效提高，限制了电池的能量和功率性能。

发明内容

本发明针对上述现有锂硫电池正极的缺陷而提供了一种锂硫电池用自支撑柔性正极及其制备方法，该正极具有高容量、高导电性和自支撑柔性，其制备方法的工艺简便易于规模化，极具应用前景。

本发明提供一种柔性电极薄膜，所述薄膜包含氟化碳负载硫复合材料、碳纳米管和粘结剂，所述氟化碳负载硫复合材料、碳纳米管和粘结剂的质量比可以为(5-12):(0.8-1.2):(0.8-1.2)；例如，质量比可以为(6-10):(0.8-1.2):(0.8-1.2)；示例性地，所述质量比为8:1:1。

根据本发明的柔性电极薄膜，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚3,4-乙烯二氧噻吩、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、聚苯胺、纳米纤维素中的一种、两种或更多种；优选地，所述粘结剂为聚四氟乙烯。

根据本发明的柔性电极薄膜，所述氟化碳负载硫复合材料中硫和氟化碳的质量比可以为1:(0.1-0.6)；例如，质量比可以为1:(0.15-0.5)，进一步可以为1:(0.2-0.4)；作为示例，质量比可以为1:0.2、1:0.3、1:0.4。进一步地，所述氟化碳为氟化的碳材料，例如可以选自氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化多孔碳、氟化碳黑和氟化多孔石墨等中的一种、两种或更多种；优选地，所述氟化碳为多孔氟化石墨烯。进一步地，所述氟化碳的BET比表面积≥300m²/g，例如BET比表面积≥400m²/g、≥500m²/g；示例性地，所述氟化碳的BET比表面积可以为300m²/g、400m²/g、450m²/g、500m²/g、550m²/g、600m²/g。作为示例，所述氟化碳可以为BET比表面积300m²/g的多孔氟化石墨烯、BET比表面积400m²/g的氟化碳黑。

根据本发明的柔性电极薄膜，所述碳纳米管的直径不大于6nm；例如不大于5.5nm、不大于5nm；作为示例，所述碳纳米管的直径可以为2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm。

根据本发明的柔性电极薄膜，所述薄膜的厚度可以为50-150μm；例如，厚度为60-135μm、75-120μm；作为示例，所述薄膜的厚度可以为80μm、90μm、100μm、105μm、110μm。

本发明还提供上述柔性电极薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将硫与氟化碳混合球磨、烧结，得到的烧结料经研磨后，得到氟化碳负载硫复合材料；

(2)将上述氟化碳负载硫复合材料、碳纳米管和粘结剂混合均匀，研磨搅拌成雪花片状混合物；