[发明专利]一种锂硫电池的电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池的电极及其制备方法和应用。这种锂硫电池的电极包括集流体，集流体的表面依次设有微裂纹碳纳米管层、活性物质层、碳纳米管及钛酸锂复合隔层。这种锂硫电池电极的制备方法，包括以下步骤：一、制备微裂纹碳纳米管层；二、制备活性物质层；三、制备碳纳米管和钛酸锂纳米球复合材料；四、制备复合隔层。同时还提供了一种含有上述电极的锂硫电池。本发明提供了一种具有“三明治”结构的锂硫电池电极，具有大比表面积的集流体和性能优异的隔层，增大了活性物质与集流体的结合力，缓冲了活性物质的体积变化并限制了穿梭效应，进而提高了电极的导电性，增强了电池的循环性能和倍率性能，实现了高效的能量储存和转换机制。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，特别是涉及一种锂硫电池的电极及其制备方法。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。集流体作为锂硫电池上汇集电流的重要组成部分，其表面功能结构对锂硫电池的导电性、充放电容量以及循环寿命等有着重要的影响。在锂硫电池中，集流体既作为活性物质的载体，又充当电流的收集器与传输器，应该具有轻薄、电阻率小、与电极材料的结合强度高等特点。

目前，锂硫电池集流体还存在硫活性物质容易发生体积变化，且导电性不高的问题，影响了锂硫电池的综合性能。因此，制备一种具有特殊表面功能结构的集流体，满足电极材料与集流体之间的有效结合，可有效缓解硫的体积变化和提高电极的导电性，对提高电池的综合性能是非常必要的。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有三明治结构的锂硫电池电极，本发明的目的之二在于提供这种锂硫电池电极的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种锂硫电池电极的应用。

本发明的发明构思如下：综合特殊表面的集流体以及增强电极材料和集流体之间的结合两种方法，提供了一种新型的电极结构——“三明治”电极，该种电极能有效增大活性物质与集流体的结合力，缓解硫的体积膨胀，并限制穿梭效应，极大地改善锂硫电池的电化学性能。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种具有三明治结构的锂硫电池电极。

一种锂硫电池的电极，包括集流体，集流体的表面依次设有微裂纹碳纳米管层、活性物质层、碳纳米管及钛酸锂复合隔层。

这种锂硫电池的电极具有三明治结构，具体来说，是集流体的表面设有三明治结构的功能层。其中，底层为微裂纹碳纳米管层，中间层为活性物质层，面层为碳纳米管及钛酸锂复合隔层。

优选的，这种锂硫电池的电极中，集流体为铝基底，如选用铝箔。

优选的，这种锂硫电池的电极中，微裂纹碳纳米管层的厚度为30μm～80μm；进一步优选的，微裂纹碳纳米管层的厚度为40μm～60μm。

优选的，这种锂硫电池的电极中，活性物质层为碳/硫活性物质层(碳/硫涂层)。

优选的，这种锂硫电池的电极中，活性物质层的厚度为150μm～300μm；进一步优选的，活性物质层的厚度为180μm～220μm。

优选的，这种锂硫电池的电极中，碳纳米管及钛酸锂复合隔层为多壁碳纳米管(MWCNT)和钛酸锂纳米球交叉连接的网络结构层。复合隔层涂覆在活性物质层表面，与活性物质上表面形成紧密接触。

优选的，这种锂硫电池的电极中，碳纳米管及钛酸锂复合隔层的厚度为50μm～100μm；进一步优选的，碳纳米管及钛酸锂复合隔层的厚度为65μm～85μm。

本发明提供了上述这种锂硫电池电极的制备方法。

一种锂硫电池电极的制备方法，包括以下步骤：

一、制备微裂纹碳纳米管层