專利名稱：一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法。
背景技術(shù)：
在金屬鋰二次電池中，鋰硫電池被認(rèn)為是最具吸引力的電池體系，其理論比能量達(dá)1200Wh/kg。首先，理論上鋰硫電池的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了絕大多數(shù)類型的動(dòng)力電池。其最大能量密度理論上不會(huì)低于lOOOwh/Kg，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池的能量密度大多在lOOwh/Kg以下，并且提升的空間不大。顯然，單從儲(chǔ)能效率來(lái)看，鋰硫電池更適合作為汽車動(dòng)力電池。鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優(yōu)點(diǎn)，比如鋰硫電池在使用后低毒，并且回收利用的能耗較小。盡管與其他許多類型的動(dòng)力電池相比，鋰硫電池有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是同樣其也有存在一些不足之處。比如硫化聚合物做正電極的鋰硫電池循環(huán)性能較差。主要是因?yàn)榱蚧酆衔锞哂蟹€(wěn)定性比較差的特性，所以硫化聚合物鋰硫電池的循環(huán)利用次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，制備的硫電極具有良好的電化學(xué)性能。一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特別之處在于，包括如下步驟(1)將石墨乳與有機(jī)溶劑均勻混合成石墨乳漿料，混合重量百分比為 8-20 92-80，將石墨乳漿料涂敷在6-20um厚鋁箔表面，80-10(TC烘干后，形成一層8-20um 的薄層；( 將單質(zhì)硫、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按重量比55-85 6-25 5_20混合，加入與步驟 (1)相同的有機(jī)溶劑中，混合后的所有溶質(zhì)與溶劑的比例為重量比60-120 100,40-80°C 混合攪拌4-M小時(shí)，得到均勻漿料待用；(3)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在步驟(1)得到的涂有石墨乳材料的鋁箔上，涂層的涂敷面密度為10-60mg/Cm2，80-10(TC下烘干即得鋰硫電池用硫電極。其中導(dǎo)電劑是炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維和乙炔黑中的至少一種，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯和聚氧乙烯中的至少一種。其中石墨乳由酚醛樹(shù)脂和石墨按重量比為6-15 94-85組成，有機(jī)溶劑采用丙酮、酒精、四氯化碳、乙氰、乙酸乙酯或氮甲基吡咯烷酮。一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特別之處在于，包括如下步驟(1)將單質(zhì)硫、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按重量比55-85 6-25 5_20比例混合，加入有機(jī)溶劑中，混合后的所有溶質(zhì)與溶劑的比例為重量比60-120 100，然后在40-80°C混合攪拌4-M小時(shí)，得到均勻漿料待用；(2)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在鋁箔上，涂層的涂敷面密度為10-60mg/cm2，80-100°C烘干即得鋰硫電池用硫電極。其中導(dǎo)電劑是炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維和乙炔黑中的至少一種，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯和聚氧乙烯中的至少一種。其中有機(jī)溶劑采用丙酮、酒精、四氯化碳、乙氰、乙酸乙酯或氮甲基吡咯烷酮。本發(fā)明鋰硫電池硫電極的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、此種硫電極制成的鋰硫電池放電倍率高、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)；2、相對(duì)其他硫電極中的硫元素以化合狀態(tài)存在，而本發(fā)明硫元素是以單質(zhì)狀態(tài)存在；3、通過(guò)將硫元素分散到多孔炭中的創(chuàng)新技術(shù)，可以極大地改善其硫電極的導(dǎo)電性，進(jìn)而提高了電池的各項(xiàng)性能；4、摻碳工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)加入一定導(dǎo)電劑就能實(shí)現(xiàn)，而非用有機(jī)高溫合成的方法得到導(dǎo)電硫電極。


圖1為鋰硫電池前二次放電曲線圖；圖2為鋰硫扣式電池前二次放電曲線圖；圖3為鋰硫電池循環(huán)性能圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 制備硫電極活性物質(zhì)和電池制備方法步驟如下1)將普通鱗片石墨乳材料與四氯化碳均勻混合成石墨乳漿料，混合重量比為 12 88，將石墨乳漿料均勻涂敷在IOum厚鋁箔表面，90°C烘干后，形成一層15um的薄層；2)將單質(zhì)硫、炭黑和PVDF按70 18 12重量比混合，加入四氯化碳，得到 40wt%的漿料，在60°C混合攪拌12小時(shí)，得到均勻漿料待用；3)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在涂有石墨乳材料的IOum厚鋁箔上，涂層的涂敷面密度為30mg/Cm2，9(TC烘干即得所需鋰硫電池用硫電極；4)將硫電極和鋰箔配對(duì)，即制得鋰硫電池。做為實(shí)施例1的說(shuō)明，給出了圖1，由圖可以看出，首次容量為1570mAh/g，第二次容量為880mAh/g，說(shuō)明通過(guò)本方法制備的鋰硫電極電性能非常優(yōu)異。實(shí)施例2 制備硫電極活性物質(zhì)和電池制備方法步驟如下1)將單質(zhì)硫、炭黑和VGCF(重量比1 1)及粘結(jié)劑按75 15 10比例混合，加入四氯化碳，得到50wt%的漿料，在60°C混合攪拌12小時(shí)，得到均勻漿料待用；2)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在IOum厚鋁箔上，涂層的涂敷面密度為50mg/cm2， 90°C烘干即得所需鋰硫電池用硫電極；3)將硫電極和鋰箔配對(duì)，即制得鋰硫電池。做為表面不涂敷石墨乳材料的實(shí)施例2的說(shuō)明，給出了圖2，由圖可以看出，首次容量為930mAh/g，第二次容量為640mAh/g，相比實(shí)施例1有較大差距，說(shuō)明表面是否涂敷有石墨乳材料對(duì)電性能影響非常大。實(shí)施例3 制備硫電極活性物質(zhì)和電池制備方法步驟如下
1)將超微細(xì)鱗片狀石墨乳材料與四氯化碳均勻混合成石墨乳漿料，混合重量百分比為15 85，將石墨乳漿料均勻涂敷在IOum厚鋁箔表面，90°C烘干后，形成一層15um的薄層；2)將單質(zhì)硫、炭黑和PVDF按65 25 10比例混合，加入乙氰，得到48wt%的漿料，在60°C混合攪拌12小時(shí)，得到均勻漿料待用；3)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在涂有石墨乳材料的IOum厚鋁箔上，涂層的涂敷面密度為20mg/Cm2，9(TC烘干即得所需鋰硫電池用硫電極；4)將硫電極和鋰箔配對(duì)，即制得鋰硫電池。作為本實(shí)施例3，圖3給出了鋰硫電池的循環(huán)性能圖，由圖可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)提高了導(dǎo)電炭黑的含量，制作的鋰硫電池第十次放電容量和第二次放電容量之比， 0. 5C達(dá)到93%, IC達(dá)到86%，循環(huán)性能性能優(yōu)異。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)其他硫電極中的硫元素以化合狀態(tài)存在，而本發(fā)明硫元素是以單質(zhì)狀態(tài)存在；摻碳工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)加入一定導(dǎo)電劑就能實(shí)現(xiàn)，而非用有機(jī)高溫合成的方法得到導(dǎo)電硫電極。通過(guò)將硫元素分散到多孔炭中的創(chuàng)新技術(shù)，可以極大地改善其硫電極的導(dǎo)電性，進(jìn)而提高了電池的各項(xiàng)性能；用此種硫電極制成的鋰硫電池放電倍率高、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)；本專利的制作工藝在產(chǎn)業(yè)化中很容易實(shí)現(xiàn)。以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將石墨乳與有機(jī)溶劑均勻混合成石墨乳漿料，混合重量百分比為8-20 92-80，將石墨乳漿料涂敷在6-20um厚鋁箔表面，80-100°C烘干后，形成一層8-20um的薄層；(2)將單質(zhì)硫、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按重量比55-85 6-25 5_20混合，加入與步驟(1) 相同的有機(jī)溶劑中，混合后的所有溶質(zhì)與溶劑的比例為重量比60-120 100，40-80°C混合攪拌4-M小時(shí)，得到均勻漿料待用；(3)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在步驟(1)得到的涂有石墨乳材料的鋁箔上，涂層的涂敷面密度為10-60mg/Cm2，80-100°C下烘干即得鋰硫電池用硫電極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于其中導(dǎo)電劑是炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維和乙炔黑中的至少一種，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯和聚氧乙烯中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于其中石墨乳由酚醛樹(shù)脂或四氯化碳和石墨按重量比為6-15 94-85組成，有機(jī)溶劑采用丙酮、酒精、四氯化碳、乙氰、乙酸乙酯或氮甲基吡咯烷酮。
4.一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將單質(zhì)硫、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按重量比陽(yáng)-85 6-25 5-20比例混合，加入有機(jī)溶劑中，混合后的所有溶質(zhì)與溶劑的比例為重量比60-120 100，然后在40-80°C混合攪拌 4-M小時(shí)，得到均勻漿料待用；(2)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在6-20um厚鋁箔上，涂層的涂敷面密度為10-60mg/ cm2，80-100°C烘干即得鋰硫電池用硫電極。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于其中導(dǎo)電劑是炭黑、氣相生長(zhǎng)碳纖維和乙炔黑中的至少一種，所述粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯和聚氧乙烯中的至少一種。
6.如權(quán)利要求4所述的一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特征在于其中有機(jī)溶劑采用丙酮、酒精、四氯化碳、乙氰、乙酸乙酯或氮甲基吡咯烷酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可充鋰硫電池的硫電極的制備方法，其特點(diǎn)是，包括如下步驟(1)將石墨乳與有機(jī)溶劑均勻混合成石墨乳漿料，混合重量百分比為8-20∶92-80，將石墨乳漿料涂敷在6-20um厚鋁箔表面，80-100℃烘干后；(2)將單質(zhì)硫、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按重量比55-85∶6-25∶5-20混合，加入與步驟(1)相同的有機(jī)溶劑中，40-80℃混合攪拌4-24小時(shí)，得到均勻漿料待用；(3)將攪拌均勻的漿料均勻涂敷在步驟(1)得到的涂有石墨乳材料的鋁箔上。本發(fā)明鋰硫電池硫電極的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1、制成的鋰硫電池放電倍率高、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)；2、本發(fā)明硫元素是以單質(zhì)狀態(tài)存在。
文檔編號(hào)H01M4/139GK102437315SQ201110410328
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者高洪森 申請(qǐng)人:彩虹集團(tuán)公司