[发明专利]一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用，柔性硫正极的制备主要包括纳米硫分散液的制备、碳骨架分散液的制备、碳硫正极分散液的制备、磁力搅拌、混合溶液抽滤、滤饼层和滤膜的烘干、揭下滤饼层得碳硫正极薄膜、聚合物固态电解质溶液的制备、将电解质溶液滴于碳硫正极薄膜上并烘干得到预处理柔性硫正极极片、热压处理得全固态电池柔性硫正极极片等过程；本发明在硫正极上同时引入柔性导电碳材料和柔性聚合物固态电解质，形成均匀的离子/电子导电通路，可全面提升电极的柔性，且整体制备方法简单，高效节能，更加具有实用价值。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用。

背景技术

随着可穿戴和便携式产品的快速发展，对柔性电子设备的需求日益增加。柔性电池作为其关键部件，得到了越来越多的研究和关注，开发具有高能量密度的柔性电池，对柔性电子设备的未来发展意义重大。在锂离子电池的柔性设计改进过程中，高分子及其改性材料被广泛应用，这些材料不仅可满足设备对于机械柔性的要求，同时其多孔及大比表面积等性质具有帮助锂离子快速迁移、降低界面阻抗等作用，可提高电池整体性能。

锂硫电池具有较高的理论容量和能量密度，且成本低廉，是未来储能领域发展的重要方向。传统锂硫电池很难实现较高的柔韧性，是因为其电极材料多为刚性材料，不易或不能弯曲；电解液为液态，弯曲过程中，容易发生泄漏；电池结构多为传统物理组装，材料界面结合较差。且电池弯曲变形后，将丧失原有性能，或发生性能的快速衰退。因此，开发高性能的柔性锂硫电池更能满足未来柔性可穿戴电子器件的需求，那么适用于柔性锂硫电池的电极材料及电极结构的设计创新就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用，所述硫正极具有良好的柔性离子和电子通路，全面提升固态电池的柔性。应用该柔性硫正极的全固态锂硫电池具有良好的循环稳定性和容量保持率，具有较强的实用性。

本发明是这样来实现的：一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法，具体制备步骤如下：

（1）称取一定质量的纳米硫加入溶剂中，超生分散1~4h得纳米硫分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；

（2）称取一定质量碳材料加入溶剂中，超生分散1~4h得碳骨架分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；

（3）将步骤（1）和（2）所得的纳米硫分散液与碳骨架分散液混合并搅拌，即得到碳硫正极分散液；

（4）将步骤（3）所得碳硫正极分散液置于磁力搅拌器上搅拌1~4h；

（5）将步骤（4）得到的混合溶液抽滤，每张滤膜上碳硫载量为2~10mg；

（6）将步骤（5）所得滤饼层和滤膜在50~80℃下一起烘干0.5~2h；

（7）将步骤（6）所得的滤饼层从滤纸上揭下，得到碳硫正极薄膜；

（8）按2~3：1的质量比称取聚氧化乙烯PEO和LiTFSI加入乙腈溶剂中，于20~60℃下磁力搅拌8~16h，即得到固态电解质溶液，固含量为3%~10%；

（9）将步骤（8）所得固态电解质溶液滴加0.5~3 mL在步骤（7）得到的碳硫正极薄膜上，并于50~80℃烘干18~36h除去乙腈溶剂，得到预处理柔性硫正极极片；

（10）将步骤（9）所得预处理柔性硫正极极片于60~120℃下进行热压处理，得到全固态电池柔性硫正极极片。

进一步地，步骤（1）中所用溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇或者丙酮中的一种，超声分散时间为2~3h，纳米硫分散液的浓度为0.3~0.4 mg/mL。