[发明专利]一种锂硫电池混合正极及其制备方法

说明书

一种锂硫电池混合正极的制备方法，其中，锂硫电池的正极材料包括碳包覆硫化锂与磷酸铁锂，硫化锂由于其具有较高的理论容量和在干燥空气中的稳定性，被认为是锂硫电池正极材料的潜在候选者，此外，由于硫化锂的密度小于单质硫的密度，可以避免在充电/放电期间的体积膨胀并保持正极的结构稳定性。极性的磷酸铁锂可以提供良好的导电基底，一方面，磷酸铁锂电化学电势约为3.4V(vs.Li⁺/Li)，有望用作激活硫化锂的氧化还原电对；另一方面，它显示出对多硫化物的优异的吸附能力。本发明制作工艺简单、成本低、合成条件简单、制备周期短、易操作、环境友好并易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池混合正极及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

随着社会的发展，人们对能源的需求与日俱增。传统的石油、煤、天然气等化石能源资源日益匮乏，同时，这些不可再生能源的消耗带来了严重的环境污染。太阳能、风能、潮汐能等可再生的清洁能源的开发利用就变得迫在眉睫。因此环境友好和成本低的锂硫电池就受到了密切的关注，被认为是新一代的电化学储能系统。

锂硫电池与传统的锂离子电池相比具有低成本和高能量密度的优点。但是，锂硫电池也面临着一系列的问题，正极材料低的电导率及倍率性能，放电过程中多硫化锂的溶解导致的飞梭效应以及硫正极的体积膨胀问题都阻碍着锂硫电池的发展，因此改善锂硫电池正极势在必行。硫化锂是锂硫电池的正极材料之一。它的理论容量为1166mAh/g，在干燥空气中稳定。硫化锂的密度小于硫的密度，这可以避免诸如体积膨胀，差的循环稳定性和低容量的问题。然而，在使用硫化锂作为正极之后，锂硫电池存在诸如穿梭效应，自放电和低倍率性能的普遍问题。另外，还存在诸如锂硫电池的首次充电的高活化电压和较差的循环稳定性的问题。其中差的循环稳定性和苛刻的活化条件不利于工业生产应用。因此，如何解决这一系列问题成为锂硫电池的研究重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂硫电池混合正极的制备方法，其目的在于降低首次充电活化电压，改善锂硫电池循环稳定性，解决锂硫电池正极体积膨胀和首次充电活化电压过高导致电池循环稳定性差的问题。

本发明的技术方案是：锂硫电池混合正极由碳包覆的硫化锂复合材料电极片和磷酸铁锂隔膜叠层组成。

锂硫电池混合正极的制备步骤如下：

(1)、制备碳包覆的硫化锂电极片：

a)以黑色碳包覆的硫化锂粉末作为活性物质，将研磨好的黑色碳包覆的硫化锂粉末与碳粉、粘结剂，在手套箱中(水氧含量1ppm)按照一定比例称取混合，研磨均匀；

b)将研磨均匀后的材料滴入几滴N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液，边滴入，边研磨，以便进行匀浆；

c)将研磨好的浆料均匀涂在集流体上，以制备电极片；

d)将涂好的电极片放入40～80℃加热台上进行干燥，获得碳包覆的硫化锂电极片。

(2)、制备磷酸铁锂隔膜：

a)取磷酸铁锂、粘结剂与碳粉按照一定的质量比称取后混合，放入球磨罐中，进行研磨；

b)研磨后，在球磨罐中加入一定比例的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液，继续球磨6～12h，获得磷酸铁锂/碳混合液体；

c)将得到的磷酸铁锂/碳混合液体均匀涂敷在PE隔膜表面，干燥后，获得磷酸铁锂隔膜。

(3)、将磷酸铁锂隔膜与碳包覆的硫化锂电极片叠层组合，获得锂硫电池混合正极。

优选的，步骤(1)中，黑色碳包覆的硫化锂粉末与碳粉、粘结剂的质量比为8:1:1。

优选的，步骤(2)中，磷酸铁锂、粘结剂与碳粉的质量比为(80-100)：30：(70-90)。