[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

说明书

本发明提供了一种复合正极、免集流体复合电极结构及其制备方法和电池，其中，复合正极，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。本发明所述的复合正极，通过采用碳纤维毡做集流体，在避免金属集流体使用，有利于提升能量密度的同时，三维的导电网络结构有利于提高硫正极的导电性，并与碳材料一起构成立体导电体系，能够有效的提升锂硫电池的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种复合正极、含有该复合正极的免集流体复合电极结构及其制备方法和含有免集流体复合电极的全固态锂硫电池。

背景技术

锂硫电池作为最具潜力的下一代二次电池，以单质硫为正极活性物质，其理论容量(1745mAh/g)，具有超高的理论体积能量和质量能量密度(2600Wh/kg)，是目前商业锂离子电池能量密度的5倍以上。然而，锂硫电池一般会使用易燃的醚类电解液，具有非常大的安全隐患。同时，锂硫电池的商业化应用也面临着正极充放电产物多硫化锂溶解在液态电解质中造成穿梭效应，导致容量的损失，单质硫在充放电过程中反复膨胀和收缩导致的活性物质物质脱离，以及锂金属的使用造成的安全问题等。

现有的锂硫电池存在正极导电性差，多硫化物易溶于液态电解液中等问题。比如，专利CN107863487A报道了一种锂硫电池正极，其活性物质与集流体通过熔铸的方式复合，铝在活性物质层中形成导电金属网络，并使用多孔炭填充硫，大大提高了正极的导电性和结构稳定性。但是，铝形成的导电金属网络的使用增加了正极重量，不利于提升能量密度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种复合正极，以克服现有技术的缺陷，通过采用碳纤维毡做集流体，在避免金属集流体使用，有利于提升能量密度的同时，三维的导电网络结构有利于提高硫正极的导电性，并与碳材料一起构成立体导电体系，能够有效的提升锂硫电池的倍率性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合正极，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。

优选的，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)。

优选的，碳纤维毡厚度为20-400μm，孔隙率50-90％。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，所述第一锂盐为六氟磷酸锂或/和高氯酸锂。

本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的复合正极的方法，以制备上述复合正极。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种制备如上所述的复合正极的方法，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；