[发明专利]一种具有层状钢筋混凝土结构的硫正极及其制备和应用

权利要求书

1.一种具有层状钢筋混凝土结构的硫正极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将锂硫电池的硫正极活性物质与粘结剂、导电剂、碳纤维和溶剂混合制成浆料，涂布在集流体上，得到硫正极极片；

(2)对步骤(1)得到的硫正极极片进行冷冻干燥，并进行辊压，其中，在冷冻干燥过程中，溶剂快速冻结形成冰晶，且冰晶直接升华后，在极片内部形成直通通道，该直通通道使所述极片内部形成层状结构，而碳纤维穿插于所述层状结构之间，起到钢筋的作用，从而得到具有层状钢筋混凝土结构的硫正极。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫正极活性物质为Se_xS_y@pPAN、Te_mS_n@pPAN、S@pPAN、C/S复合材料中的至少一种，其中0.02≤x≤0.15，y0，且x+y＝1；0.01≤m≤0.15，n0，且m+n＝1；所述硫正极活性物质在所述浆料中的质量百分数为90％以上。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、PVDF和瓜尔胶；所述导电剂选自Super P、科琴黑和氧化石墨烯；所述溶剂选自去离子水和NMP。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浆料中碳纤维的质量百分数为1wt.％-5wt.％；所述碳纤维的长度为毫米级，优选为1-10mm；直径为微米级，优选为5-10μm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浆料中固含量为30wt.％-40wt.％。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述涂布的厚度为400-1200μm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述冷冻干燥包括冷冻步骤和升华干燥步骤，其中所述冷冻步骤中其冷冻温度范围为-120℃至0℃，冷冻时间为2h-24h；所述升华干燥步骤中，在真空度为0.1Pa-10Pa的条件下进行，且真空干燥过程中温度不高于-10℃。

8.如权利要求1至7任一项所述制备方法制备得到的具有层状钢筋混凝土结构的硫正极。

9.一种锂硫电池，其特征在于，其正极材料为如权利要求8所述的硫正极。

10.如权利要求9所述的锂硫电池，其特征在于，控制电解液的量使其1.5≤E/S≤5μL/mg_s^-1；控制负极的量使其1.5≤N/P≤5。