[发明专利]一种超高载硫量锂硫电池及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种超高载硫量锂硫电池及其制备方法。所述超高载硫量锂硫电池的制备方法包括：将升华硫与具有交联结构的碳纳米管纤维材料充分混合后，在保护性气氛中升温加热，制得硫碳复合材料；将硫碳复合材料与粘结剂、导电剂等均匀混合，制得浆料；在集流体表面涂覆所述浆料，制得硫正极；在隔膜基底靠近正极的一侧表面上涂覆所述浆料，制得隔膜；将所述硫正极、所述隔膜、电解质及锂负极组合，制得超高载量锂硫电池。本发明制得的锂硫电池在工作过程中，正极与隔膜协同作用，隔膜上活性材料形成的致密层可以通过物理吸附多硫化物，并有效阻挡多硫化物穿透隔膜，同时又作为硫补偿器，提高硫载量，从而可以大幅提高电池容量。

技术领域

本发明属于锂硫电池制备技术领域，具体涉及一种超高载硫量锂硫电池及其制备方法。

背景技术

锂硫电池的比容量可达1675mAh g^-1，可提供2600Wh kg^-1的能量，是一种有潜力的新型储能装置。与传统的正极材料比较，硫储量丰富、便宜又环保。但是，锂硫电池的发展也存在很多挑战。充放电过程中最终的产物电子/离子绝缘，造成严重的动力学困难。循环过程电极材料体积变化高达80％，破坏电极完整性的同时会造成活性物质迅速流失。中间产物多硫化锂(LiPS)溶解在电解质中，并在阴极和阳极之间穿梭，降低库仑效率和循环稳定性。

目前，商用锂离子电池的容量为4mAh cm^-2。为了使锂硫电池具有更高的能量密度，需要在提高电池比容量的基础上增加正极材料的含硫量和活性材料的负载量。但是实际情况是，当电极增加到一定厚度时，电极的润湿性、电导率、穿梭反应和电极与集电极之间的弱结合将极大地限制电池的比容量。此外，电池反应过程中，产生大量的多硫化物需要电解液溶解，溶解的多硫化物通过形成溶剂簇与离子束、游离溶剂、甚至与锂盐相互作用，从而降低离子电导率，在高载硫正极条件下，多硫化物浓度增加极大降低电解质的离子传导性，因此产生较低的能量密度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超高载硫量锂硫电池及其制备方法，以克服现有技术中存在的不足。

为实现前述发明的目的，本发明实施例采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种超高载硫量锂硫电池的制备方法，包括：

将升华硫与具有交联结构的碳纳米管纤维材料按3∶1～9∶1的质量比充分混合后，在保护性气氛中于先以10℃/min～15℃/min的升温速度升温至130～150℃并保温5～20h，之后以3℃/min～5℃/min的升温速度升温至180～240℃并保温0.5～2h，制得硫碳复合材料；

至少将所述硫碳复合材料与粘结剂、可以选择添加或不添加的导电剂均匀混合，制得浆料；

在集流体表面涂覆所述浆料，制得硫正极；

在隔膜基底靠近正极的一侧表面上涂覆所述浆料，制得具有活性材料涂层的隔膜；

将所述硫正极、所述隔膜、电解质及锂负极组合，制得超高载量锂硫电池。

进一步地，所述的超高载硫量锂硫电池的制备方法，具体包括：

将硫碳复合材料、导电剂、粘结剂及稀释剂均匀混合，制得所述浆料；

将所述浆料分别涂附在集流体、隔膜基底表面上，再在50～60℃真空干燥10～24h，从而制得所述硫正极、隔膜。

更进一步地，所述的超高载硫量锂硫电池的制备方法，包括：

将所述浆料涂覆在集流体表面，涂覆厚度为50～600μm，之后进行所述的真空干燥，制得所述硫正极；

将所述浆料涂覆在隔膜基底靠近正极的一侧表面上，涂覆厚度为5～150μm，之后进行所述的真空干燥，制得所述隔膜。