[发明专利]复合正极、免集流体复合电极结构及其制备方法和电池

权利要求书

1.一种复合正极，其特征在于：包括碳纤维毡，所述碳纤维毡的单面或双面设有复合正极浆料层；所述复合正极浆料层中含有硫碳复合粉料。

2.根据权利要求1所述的复合正极，其特征在于：所述复合正极浆料层包括硫碳复合粉料、导电剂、粘结剂、第一固态电解质、第一锂盐，且它们的重量比为(70-90)：(5-15)：(1-5)：(1-20)：(0.01-0.1)；

和/或，碳纤维毡厚度为20-400μm，孔隙率50-90％。

3.根据权利要求2所述的复合正极，其特征在于：所述硫碳复合粉料为硫粉和碳材料按重量比1:(1-2)的混合物；所述碳材料为石墨、碳气凝胶、石墨烯、微孔碳中的一种或几种；

和/或，所述导电剂为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、导电炭黑、石墨烯中的一种或几种；

和/或，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、羧甲基纤维素钠中的一种或几种；

和/或，所述第一固态电解质为聚氧化乙烯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚甲基氢硅氧烷、锂镧锆氧中的一种或几种；

和/或，所述第一锂盐为六氟磷酸锂或/和高氯酸锂。

4.一种制备如权利要求1至3任意一项所述的复合正极的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将单质硫粉与高比表面碳材料混合均匀，然后煅烧，得到碳硫复合正极粉料；

(2)将碳硫复合粉料、导电剂、粘结剂、第一固态电解质、第一锂盐、第一溶剂搅拌均匀，得到均匀的复合正极浆料；

(3)复合正极浆料均匀涂布到碳纤维毡单面或双面上，并干燥，之后碾压控制厚度和面密度，得碳纤维毡支撑的三维复合正极。

5.根据权利要求4所述的复合正极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，煅烧温度为120-160℃，第一溶剂为NMP，第一溶剂的用量为碳硫复合粉料、导电剂、粘结剂、第一固态电解质、第一锂盐总重量的0.5-5倍；

和/或，步骤(2)中，首先将第一固态电解质、粘结剂、第一锂盐和20-80wt％第一溶剂混合搅拌，制成均一透明的胶液，之后分数次添加碳硫复合正极粉料、导电剂和剩余第一溶剂，以1000～5000rpm的速度搅拌6～10h，得复合正极浆料；

和/或，步骤(3)中，涂布的方式为转移式涂布或喷涂，涂布面密度5～50mg/cm²，碾压厚度为15～300μm，压实密度0.15～35g/cm³。

6.一种免集流体复合电极结构，其特征在于：包括依次设置的负极、电解质层和如权利要求1至3任意一项所述的复合正极。

7.根据权利要求6所述的免集流体复合电极结构，其特征在于：所述负极为锂箔或含锂合金；电解质层包括第二固态电解质和第二锂盐，且它们的重量比(90-99)：(0.05-1)；

和/或，第二固态电解质为聚氧化乙烯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯、聚甲基氢硅氧烷、锂镧锆氧中的一种或几种；

和/或，第二锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或两种；

和/或，负极厚度为10-50μm。

8.一种制备如权利要求7所述的免集流体复合电极结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将第二固态电解质、第二锂盐和第二溶剂混合均匀，得电解质胶液；

2)将电解质浆液均匀涂布到复合正极上，并干燥，得到电解质/正极复合结构；

3)将制备得到的电解质/正极复合结构干燥、模切并和负极热压复合，得负极/电解质/正极免集流体复合电极结构；

和/或，步骤1)中，第二溶剂为NMP；

和/或，步骤2)中，涂布方式为转移式涂布或喷涂，复合正极进行单面或双面涂布，且单面电解质浆液涂布厚度为10-100μm；

和/或，步骤3)中，热压温度50-100℃，热压压力为1-20Mpa。

9.一种全固态锂硫电池，其特征在于：包括如权利要求6或7所述的免集流体复合电极结构。

10.根据权利要求9所述的全固态锂硫电池，其特征在于：由免集流体复合电极结构通过反复堆叠而成。