[发明专利]制造硫电极的方法

说明书

本发明题为“制造硫电极的方法。”本发明公开了一种制造硫电极的方法，该方法包括提供电极，其中电极包括具有第一表面的集电器和施加到集电器的第一表面的硫基主体材料，其中所述硫基主体材料包含一种或多种硫化合物、一种或多种导电碳材料和一种或多种粘合剂。该方法还包括使用激光或电子束在硫基主体材料内形成多个通道，其中所述多个通道限定多个主体材料柱，每个柱具有一个或多个外表面，所述一个或多个外表面与从所述集电器的第一表面向外延伸的所述通道中的一个或多个连续。在形成多个通道之前，一个或多个外表面中的每一个可以限定热影响区，该热影响区包含比主体材料柱高的硫浓度。

背景技术

锂-硫电池描述了一类可再充电电池，其中锂离子在负极(即阳极)和正极(即阴极)之间移动。液体、固体和聚合物电解质可以促进锂离子在阳极和阴极之间移动。锂-硫电池由于其高能量密度和进行连续充电和放电循环的能力而在国防、汽车和航空航天应用中日益普及。

发明内容

提供了制造硫电极的方法，该方法包括：提供电极，该电极具有带有第一表面的集电器和施加到集电器的第一表面的硫基主体材料；并且使用激光或电子束在硫基主体材料内形成多个通道，其中该多个通道限定多个主体材料柱，每个柱具有一个或多个外表面，该一个或多个外表面与从该集电器的第一表面向外延伸的通道中的一个或多个连续。硫基主体材料可以包含一种或多种硫化合物、一种或多种导电碳材料和一种或多种粘合剂。形成多个通道可包括形成多个交叉通道。多个主体材料柱可以在集电器的第一表面上具有小于约1毫米的平均集电器占有面积直径。多个通道可具有小于约100微米的平均厚度。多个主体材料柱中的每一个的一个或多个外表面中的每一个可以限定热影响区，该热影响区从相应的外表面向内延伸，并且包括比在形成多个通道之前的相应主体材料柱的硫的平均浓度高的硫浓度。形成多个通道可以包括形成多个通道，该多个通道从该硫基主体材料的顶表面延伸到该集电器的第一表面。硫电极的主体材料可具有小于约55％的孔隙率。一种或多种硫化合物可包括硫、S₈、Li₂S₈、Li₂S₆、Li₂S₄、Li₂S₂或Li₂S以及它们的组合。一种或多种导电碳可包括导电炭黑、高表面积碳，诸如乙炔黑或活性炭、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、气相生长碳纤维(VGCF)以及它们的组合。主体材料可包含约45％至约80％的硫化合物、约9％至约45％的导电碳和约2％至约10％的粘合剂。

提供了制造硫阴极的方法，该方法包括：将硫基主体材料施加到集电器的第一表面，其中该硫基主体材料包含一种或多种硫化合物、一种或多种导电碳材料和一种或多种粘合剂；使用激光或电子束在该硫基主体材料内形成多个通道，其中该多个通道限定多个主体材料柱，每个柱具有一个或多个外表面，该一个或多个外表面与从该集电器的第一表面向外延伸并与该集电器的第一表面基本上垂直的通道中的一个或多个连续；并且修整集电器。将硫基主体材料施加到集电器的第一表面可以包括：形成主体材料浆料；将主体材料浆料施加到集电器的第一表面；以及固化主体材料浆料。该方法可以进一步包括将硫基主体材料施加到集电器的第二表面。形成多个通道可包括形成多个交叉通道。多个主体材料柱可以在集电器的第一表面上具有小于约1毫米的平均集电器占有面积直径。多个通道可具有小于约100微米的平均厚度。多个主体材料柱中的每一个的一个或多个外表面中的每一个可以限定热影响区，该热影响区从相应的外表面向内延伸，并且包括比在形成多个通道之前的相应主体材料柱的硫的平均浓度高的硫浓度。形成多个通道可以包括形成多个通道，该多个通道从硫基主体材料的顶表面延伸到集电器的第一表面。一种或多种导电碳可包括导电炭黑、高表面积碳，诸如乙炔黑或活性炭、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、或气相生长碳纤维以及它们的组合。主体材料可包含约45％至约80％的硫化合物、约9％至约45％的导电碳和约2％至约10％的粘合剂。

根据示例性实施方案的以下详细描述和附图，示例性实施方案的其他目的、优点和新颖特征将变得更加明显。

附图说明

图1示出了根据一个或多个实施方案的锂-硫电池单元；