[发明专利]一种锂硫电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，尤其涉及一种锂硫电池电极材料及利用该种电极材料制备锂硫电池的方法。

背景技术

锂离子电池(Lithium-ion battery, LIB)，又称为锂二次电池，是一种可循环充电的移动电源设备。LIB具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、清洁无毒和无记忆效应等诸多优点，自从上世纪90年代索尼公司将LIB商业化以来，LIB得到了迅速而广泛的发展。目前LIB己经成为大多数移动电子设备的电源。近几年，人们对LIB进行了深入和广泛的研究。在LIB中，负极材料对电池的性能有着很大的影响，发展优异的负极材料也是提高LIB性能的关键因素之一。碳材料是最主要的一种LIB负极材料，目前己经有上百种拥有不同结构的碳材料被用作锂离子电池负极，这些材料包括天然石墨、人工石墨、焦炭、碳纤维、中间相碳微球、碳黑等。

然而，锂硫电池商业化过程中存在诸多问题，如金属锂化学性质不稳定，使用时存在潜在的危险；当负极采用金属锂箔时，电池经过多次充放电后，金属锂箔表面易形成枝晶。枝晶的不断生长导致电池容量下降，且枝晶生长可能刺穿隔膜，造成电池短路，引发安全问题。

硬碳是高分子聚合物的热解碳，即使在高温下也难以石墨化。硬碳的可逆容量能较高，循环性能也很好。但是硬碳也存在电极电位过高、电位滞后(即嵌锂电位小于脱锂电位)以及首次循环不可逆容量大等缺点。

目前，大部分锂硫电池都采用金属锂作为负极。锂作为负极在多次充放电过程中会由十电流密度不均导致枝品的形成。枝品会导致隔膜穿透，进而使电池发生短路，是主要的安全隐患来源。如果在负极中添加石墨烯，负极的比表面积变大，面电流密度减小，同时，疏松的石墨烯提供了锂沉积的空间，从而使锂枝品的生长越来越困难。针对锂负极存在的问题，科研工作者进行的改进和研究较少。归结起来主要包括两个方面：一是从电解液添加剂进行改性，通过加入不同的添加剂，如LiNO₃和PEO等，促使锂负极表面在充放电过程中快速形成更为稳定的SEI膜，希望能抑制锂枝晶和提高循环性能。然而添加剂在充放电过程中逐渐被消耗，影响电池的稳定性和连续性。二是从锂电极的制备工艺入手，通过使用锂化合物包覆锂粉或者电沉积金属锂，锂箔表面增加保护层等方法，提高了循环效率和循环寿命，但操作过程也较为复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种由稳态锂粉和特殊配比碳材料制备而成的负极浆料，以及由该浆料制备而成的锂硫电池，其解决了现有技术中采用硬碳等材料带来的技术缺陷、并且解决了锂电池负极改进的中存在的稳定性和连续性差以及操作复杂等技术问题。

一种锂硫电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、正极片的制备：以聚萘/硫复合材料为正极活性物质、科琴黑ECP600JD和纳米碳纤维按照质量比为1:3组合而成的混合物为导电剂，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亚胺按照体积比为2:1混合而成的混合体系为粘结剂；含硫的正极浆料中的聚萘/硫复合材料、导电剂与粘结剂的质量比为8:5:1；把混合体粘结剂溶于由碳酸乙烯酯（EC）、甲基乙烯酯（MA）和三氟代碳酸丙烯酯（TFPC）按照体积比为7:7:1混合而成的溶剂中制成溶液；其中，按照质量计算，按照固体含量为30%的比例称取溶剂，固体包括聚萘/硫复合材料和导电剂；再将聚萘/硫复合材料与导电剂按质量比混合均匀后，倒入已溶解粘结剂的溶剂中，制作成正极浆料；

然后将得到的浆料均匀涂布在泡沫镍集流体上。再置于真空干燥箱中干燥，除去溶剂和水分，真空干燥箱中的温度为55℃，干燥时间为9h，用刀片将泡沫镍表面的浆料刮除干净，再把正极片压平，而后把正极片置于真空干燥箱中再次干燥；

步骤2、负极片制备：把稳态锂粉和碳材料按照质量比称量，以碳酸乙烯酯（EC）、甲基乙烯酯（MA）和三氟代碳酸丙烯酯（TFPC）按照体积比为7:7:1混合而成的混合物为溶剂。其中，按照质量计算，按照固体含量为30%的比例称取溶剂，固体包括稳态锂粉和碳材料；先把碳材料溶解于溶剂中，而后把稳态锂粉倒入上述溶液中，混合均匀后涂抹于泡沫镍集流体上从而得到负极片；把负极片置于加热片上加热以使溶剂挥发；而后把负极片压平待用；其中，稳态锂粉和碳材料的质量比为7-10:3-8；加热片上加热的温度为70℃，加热时间为8h；

步骤3、电池组装：使用步骤1制得的正极片和步骤2制得的负极片的组装成锂硫电池。

进一步，步骤1中所述用刀片将泡沫镍表面的浆料刮除干净，把正极片压平的操作在真空手套箱中完成。