[发明专利]一种锂硫电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料制备技术领域，尤其涉及一种锂硫电池的制备方法。

背景技术

锂硫电池是极具发展潜力和应用前景的高能量密度二次电池，在能量存储、再生能源利用等方面发挥重要作用。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。

现有技术中，针对锂负极存在的问题所做的改进，主要包括两个方面：一是从电解液添加剂进行改进，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

本发明为解决现有技术中存在的上述问题，提出一种新型的锂硫电池制备方法，该方法能解决锂电池负极枝晶生长问题，且能克服现有技术改进中存在的稳定性和连续性差以及操作复杂等技术问题。

本发明采用的技术方案是：一种锂硫电池的制备方法，包括步骤：

步骤1、正极片的制备：以正极材料的质量为基准，配备升华硫60-70％，导电碳纤维10-15％、碳纳米管10-15％、改性丁苯橡胶2-10％和聚四氟乙烯2-10％，先将改性丁苯橡胶和聚四氟乙烯溶解于30-40％的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成的混合体系中，再加入按质量比混合均匀的升华硫、导电碳纤维以及碳纳米管混合物，搅拌均匀后制成正极浆液，然后将正极浆液均匀涂抹在集流体，制成正极片；

步骤2、负极片的制备：以负极材料的质量为基准，配备稳态锂粉70-80％、含有石墨烯的二氧化硅气凝胶15-20％，改性丁苯橡胶2-10％和聚四氟乙烯2-10％，先将改性丁苯橡胶和聚四氟乙烯溶解于30-40％的碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组成的混合体系中，再加入按质量比混合均匀的稳态锂粉以及含有石墨烯的二氧化硅气凝胶，搅拌均匀后制成负极浆液，然后将负极浆液均匀涂抹到集流体，制成负极片；

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

优选的，所述改性丁苯橡胶的制备方法为：将100质量份的丁苯胶乳加入到反应釜中，加入150-200份去离子水、40-50份麦秸秆灰以及0.5-1份催化剂，搅拌均匀，以3℃/min的速度升高温度，待温度上升至70-90℃时，向反应釜中加入5-8份凝聚剂，保温搅拌2-3小时进行熟化、然后经洗涤、脱水、干燥后即得改性丁苯橡胶；

所述麦秸秆灰的制备方法为：将麦秸秆经水洗干燥后，置于瓷坩埚内，放入马弗炉内，设置马弗炉温度为200-300℃，关闭炉门，当温度上升至设定温度时，保温20-40min后取出即得到麦秸秆灰，然后采用300目筛网对麦秸秆灰进行分级处理，得到粒径大小为30-80nm的麦秸秆灰。

优选的，所述凝聚剂为高分子凝聚剂；

优选的，所述稳态锂粉由滴液乳化技术制成，锂粉直径为60um-90um。

优选的，所述碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的质量比为2:1。

优选的，所述正极浆液均匀涂抹在集流体，制成正极片后还包括：将正极片在50-90摄氏度下加热6-15小时；所述负极浆液均匀涂抹在集流体，制成负极片后还包括：将负极片在50-90摄氏度下加热6-15小时。

优选的，所述步骤3还包括组装成2025型纽扣式电池。

优选的，所述步骤1至步骤3在充满氮气的真空手套箱中完成。

本发明的优点是：

本发明制备的锂硫电池的负极材料由稳态锂粉和特定配比的含有石墨烯的二氧化硅气凝胶制作而成，二氧化硅气凝胶具有大的比表面积和高的孔洞率，其又充分结合石墨烯的多孔状蜂窝结构，与普通锂箔电极相比，本发明负极比表面积更大，孔隙率更高，与电解液接触更完全，从而有效放电面积更大，能有效抑制锂枝晶的生长，表现出较好的循环性能和倍率性能。

本发明实现方式简单，操作方便，在不增加成本和不增加复杂度的情况下很好的提高了锂硫电池的循环效率和循环寿命。