[发明专利]一种用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法，包括以下步骤：1)采用辊压工艺将电极制作材料制备成硫碳膜层，所述电极制作材料包括以下原料：含有升华硫的硫‑碳混合物、导电剂和NHsubgt;4/subgt;HCOsubgt;3/subgt;；2)将铝网置于两片所述硫碳膜层之间，进行辊压覆合，制成高载量电极；然后通过热烘处理除去硫碳膜层中的NHsubgt;4/subgt;HCOsubgt;3/subgt;，在所述高载量电极中形成离子通道，得到所述多孔高载量电极。本发明通过在高载量电极制备过程中引入造孔剂NHsubgt;4/subgt;HCOsubgt;3/subgt;，利用其加热分解的气化反应在高载量电极中留下合适孔径的离子通道，该离子通道对于改善电解液的浸润性，提高电池反应中的离子传输效率具有重要作用，可使锂硫电池的总体能量密度提高2‑3倍。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对能源装置的需求量越来越大，对其供能和储能能力的要求也越来越高。无论是新能源汽车的动力电池还是各类可移动终端电子设备的小型电源，都对电池的寿命和充放电效率有着极高的要求，因此新能源技术是新一代技术革命的核心内容之一。尽管电动汽车和电子产品不断向多样化和多功能化方向发展，高性能的电池却始终是这些设备的原始动力，电池的能量密度决定了用电装置的实效寿命。高能量密度(大于300Wh/kg)是当前高性能电池最核心的需求。市场化主流的锂离子电池均不能满足超过300Wh/kg的能量密度要求。目前锂离子电池体系的实际能量密度已接近理论极限，新型电池体系的开发成为必然选择。

正在研发的各类新型电池中，锂硫电池、锂-空气电池、锂-二氧化碳电池等锂金属电池在能量密度上优势明显，有较好的应用前景。以锂硫电池体系为例，其材料的理论质量比容量和理论质量比能量分别达到了1675mAh/g和2615Wh/kg，远高于目前商业化的锂离子电池。因此，该技术体系具有广阔的开发前景。

在锂硫电池体系中，如果想要获得高的比能量，一方面要求正极极片有较大的厚度和较高的硫载量，另一方面要求正极极片在结构上具有畅通的离子通道。在已有的研究报道中，鲜见锂硫电池正极极片硫载量大于20mg/cm²，这是因为高的硫载量往往需要较大的电极厚度。但是大的电极厚度会引起电解液难以浸润的问题，导致锂离子难以抵达电极内部的活性物质区域，由此产生硫载量虽高但实效利用率低的问题，不利于锂硫电池能量密度的发挥。

高载量电极工艺对极片离子通道的畅通性要求极高，不作改性处理的情况下电解液无法浸润正极深层处的活性物质，电池反应时无法有效利用内层活性物质，从而导致电池总体能量密度偏低。因此，当锂硫电池使用厚的正极极片时，须对正极极片作造孔处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种以硫作为活性物质的用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法，本发明通过双层硫碳膜层与铝网的辊压覆合工艺形成高载量电极，并在电极制备过程中引入造孔剂NH₄HCO₃，利用其加热分解的气化反应在电极中留下合适孔径的离子通道，该离子通道对于改善电解液的浸润性，提高电池反应中的离子传输效率具有重要作用。经造孔处理后的电极材料会产生较大的比表面积以及合适孔径的孔道，对于电池反应效率有显著的提升。本发明通过使用廉价的造孔材料结合简单的热烘处理对电池极片进行结构改造，从而显著提升电极中活性物质的利用效率，提高电池总的能量密度。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于锂硫电池的多孔高载量电极的制备方法，包括以下步骤：

1)采用辊压工艺将电极制作材料制备成硫碳膜层，所述电极制作材料包括以下原料：含有升华硫的硫-碳混合物、粘结剂、导电剂和NH₄HCO₃；