[发明专利]一种集流体、电极和隔膜一体化结构和半液态锂硫电池

摘要

本发明公开了一种集流体、电极和隔膜一体化结构和半液态锂硫电池，属于电化学能量储存的二次电池技术领域。将与多硫化物强相互作用的碳材料与高导电石墨烯均匀混合，通过抽滤或涂覆过程获得碳层/聚合物复合结构，并以多硫化物电解液作为硫源，将复合结构组装成集流体电极隔膜一体化结构的半液态锂硫电池。复合结构中的聚合物作为隔膜，碳层一方面作为内置导电网络实现高效电子传导，实现集流体的功能；另一方面作为电极来担载活性物质，并抑制多硫离子向负极扩散。本发明通过碳层/聚合物复合结构，实现集流体电极隔膜一体化设计，可简化电池制作程序，易实现工业化应用。

主权项

1.一种集流体、电极和隔膜一体化结构，其特征在于：该一体化结构为碳层/聚合物复合结构，是将与多硫化物具有强相互作用的碳材料与高导电石墨烯按照1:（0.01~1）的重量比例均匀分散在乙醇中形成浆料后，再通过抽滤或涂覆方式将浆料复合到聚合物隔膜上，烘干后获得所述一体化结构；所述与多硫化物具有强相互作用的碳材料为镍‑氮掺杂碳纳米片；所述高导电石墨烯的层数为3~10层，片层尺寸为10~100μm，纯度大于95%，其电导率为600~1000 S·cm^‑1；所述高导电石墨烯在所述碳层中的重量含量为50~95%；所述镍‑氮掺杂碳纳米片的制备过程为：以含氮有机物为碳源和氮源，镍盐为镍源，通过溶胶凝胶法获得镍‑氮掺杂碳纳米片；所述含氮有机物为三聚氰胺、尿素、吡咯和苯胺中的一种或两种，所述镍盐为醋酸镍或氯化镍；所述镍‑氮掺杂碳纳米片中，镍元素含量为2~60wt.%，氧元素含量为1~10wt.%，氮元素含量为1~30wt.%，碳纳米片层数为单层、少数层和/或多层。