一种交联式多孔复合锂硫电池正极及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法包括步骤：按照不同材料的重量配比，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂和正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂混合，并且充分搅拌均匀，获得匀制好的浆料；将匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后保持在60℃～130℃温度下加热将浆料烘干，形成电池正极极片；对电池正极极片继续保持在80℃～260℃温度下原位升华，制备获得交联式多孔复合锂硫电池正极。此外本发明专利技术还公开了一种交联式多孔复合锂硫电池正极。本发明专利技术可有效改善硫正极导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料导离子性能，抑制多硫化物穿梭效应，提升电池正极材料循环稳定性。

Crosslinked porous composite lithium sulfur battery anode and preparation method thereof

Method for preparing crosslinked porous composite lithium sulfur battery cathode disclosed by the invention comprises the following steps: according to the different material weight ratio, with n methyl pyrrolidone NMP as solvent, the solvent and the cathode active material, conductive agent, dispersant and binder, and fully mixing, obtain uniform slurry prepared the prepared slurry; will be evenly and uniformly coated on the anode current collector surface, and then maintained at 60 DEG C to heating at a temperature of 130 DEG C slurry drying, sheet forming battery; the battery anode piece remain at 80 to 260 DEG C temperature of primary sublimation, preparation of Crosslinked Porous Composite for lithium sulfur battery. In addition, the invention also discloses a cross-linked porous composite lithium sulfur battery anode. The invention can effectively improve the conductivity and the use efficiency of the sulfur anode, improve the ionic conductivity of the anode material of the lithium sulfur battery, inhibit the shuttle effect of the polysulfide, and improve the cycle stability of the battery cathode material.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种交联式多孔复合锂硫电池正极及其制备方法。
技术介绍
近年来，消费类电子产品、新能源汽车及储能系统等领域的快速发展，对二次电池的需求增加，特别的，对电池能量密度要求越来越高，以适应能源存储设备更简洁、更轻便的发展趋势。锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的材料。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，考虑到硫的成本较低，所以，锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。锂硫电池使用具有硫-硫键的硫基化合物作为正极活性物质，硫基化合物作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；硫在充放电过程中，体积的变化非常大，有可能导致电池损坏；锂的多硫化合物溶于电解液，易造成穿梭效应，导致活性物质损失，影响循环性能。作为正极活性物质，固相和液相可能同时存在，为避免液态活性物质的在电液、隔膜间的转移，多采用隔离层或高比表面积材料吸附的方法进行固硫。但是，目前现有的各种固硫方法一般是采用阻挡层或导电剂与硫复合的方法，起到了改善锂硫电池电化学性能的作用，形成了导电网络，它们由于受限于材料本身限制，或者由于步骤繁琐、条件苛刻而不利于工业生产，或多或少在不同程度上限制了大规模的生产应用。因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种交联式多孔复合锂硫电池正极及其制备方法，该交联式多孔复合锂硫电池正极可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，推进广泛地生产应用，具有重大的生产实践意义。为此，本专利技术提供了一种交联式多孔复合锂硫电池正极，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层；所述正极涂覆层包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质、2％～80％的导电剂、0％～10％的分散剂和1％～20％的粘结剂。其中，所述正极活性物质包含单质硫S8和硫化物中的至少一种；所述导电剂包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。其中，所述正极活性物质占所述正极涂覆层的重量百分比为30％～90％；所述导电剂占所述正极涂覆层的重量百分比为5％～50％；所述粘结剂占所述正极涂覆层的重量百分比为2％～20％。其中，所述硫化物的分子式为Li2Sn，其中n≥1。此外，本专利技术还提供了一种交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：第一步：按照不同材料的重量配比，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂、正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂混合，并且充分搅拌均匀，浆料粘度控制在1000～12000毫帕秒，获得匀制好的浆料；其中，所述正极活性物质为正极活性物质干粉，所述分散剂为分散剂干粉，所述导电剂为导电剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、导电剂干粉为溶质的导电剂浆料，所述粘结剂为粘结剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、粘结剂干粉为溶质的粘结剂浆料；所述正极活性物质干粉、分散剂干粉、导电剂干粉和粘结剂干粉一起组成浆料干粉；第二步：将匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后保持在60℃～130℃的温度下加热将浆料烘干，形成电池正极极片；第三步：对电池正极极片继续保持在80℃～260℃的温度下进行原位升华，最终制备获得交联式多孔复合锂硫电池正极。其中，在第一步中，所述浆料干粉包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质干粉、2％～80％的导电剂干粉、0％～10％的分散剂干粉和1％～20％的粘结剂干粉。其中，所述正极活性物质包含单质硫S8和硫化物中的至少一种；所述导电剂包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。其中，所述正极活性物质干粉占所述浆料干粉的重量百分比为30％～90％；所述导电剂干粉占所述浆料干粉的重量百分比为5％～50％；所述粘结剂干粉占所述浆料干粉的重量百分比为2％～10％；所述硫化物的分子式为Li2Sn，其中n≥1。其中，在第一步中，所述正极活性物质干粉的粒径D50为1～200微米；在第二步中，所述匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面的厚度为1～500微米；在第三步中，所述原位升华的温度为90～200℃；所述对电池正极极片进行原位升华的时间为0～12小时；在第三步中，具体在氮气的保护下对电池正极极片进行原位升华；在第三步中，对电池正极极片进行原位升华后，在氮气的保护下降至常温，最终制备获得交联式多孔复合锂硫电池正极。其中，在第一步中，所述正极活性物质干粉的粒径D50为5～100微米；在第二步中，所述匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面的厚度为50～300微米；在第三步中，所述对电池正极极片进行原位升华的时间为1～60分钟。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种交联式多孔复合锂硫电池正极及其制备方法，该交联式多孔复合锂硫电池正极可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，推进广泛地生产应用，具有重大的生产实践意义。附图说明图1为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S8升华时间为15分钟的硫S8、碳纳米管CNT和石墨烯Graphene复合材料的扫描电镜图；图2为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S8、碳纳米管CNT和石墨烯Graphene复合材料的扣式电池充放电曲线示意图；图3为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S8升华时间为15分钟的硫S8、碳纳米管CNT和碳黑复合材料的扫描电镜图；图4为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S8、碳纳米管CNT和碳黑复合材料的扣式电池充放电曲线示意图；图5为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S8升华时间为5分钟的硫S8、石墨烯Graphene、碳黑和碳纳米管CNT复合材料的扫描电镜图；图6为运用本专利技术提供的交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S8、石墨烯Graphene、碳黑和碳纳米管CNT复合材料的扣式电池充放电曲线示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种交联式多孔复合锂硫电池正极，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层。在本专利技术中，具体实现上，所述正极集流体可以为铝箔。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交联式多孔复合锂硫电池正极，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层；所述正极涂覆层包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质、2％～80％的导电剂、0％～10％的分散剂和1％～20％的粘结剂。

【技术特征摘要】
1.一种交联式多孔复合锂硫电池正极，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层；所述正极涂覆层包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质、2％～80％的导电剂、0％～10％的分散剂和1％～20％的粘结剂。2.如权利要求1所述的交联式多孔复合锂硫电池正极，其特征在于，所述正极活性物质包含单质硫S8和硫化物中的至少一种；所述导电剂包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种；所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。3.如权利要求1或2所述的交联式多孔复合锂硫电池正极，其特征在于，所述正极活性物质占所述正极涂覆层的重量百分比为30％～90％；所述导电剂占所述正极涂覆层的重量百分比为5％～50％；所述粘结剂占所述正极涂覆层的重量百分比为2％～20％。4.如权利要求2所述的交联式多孔复合锂硫电池正极，其特征在于，所述硫化物的分子式为Li2Sn，其中n≥1。5.一种交联式多孔复合锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：按照不同材料的重量配比，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂、正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂混合，并且充分搅拌均匀，浆料粘度控制在1000～12000毫帕秒，获得匀制好的浆料；其中，所述正极活性物质为正极活性物质干粉，所述分散剂为分散剂干粉，所述导电剂为导电剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、导电剂干粉为溶质的导电剂浆料，所述粘结剂为粘结剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、粘结剂干粉为溶质的粘结剂浆料；所述正极活性物质干粉、分散剂干粉、导电剂干粉和粘结剂干粉一起组成浆料干粉；第二步：将匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后保持在60℃～130℃的温度下加热将浆料烘干，形成电池正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁慧，何凡，王琳，王欣全，周江，张俊玉，伍绍中，刘喜正，丁轶，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12