本发明专利技术涉及一种大孔结构锂硫二次电池，包括以硫为正极活性物质的正极、负极以及电解液，其中负极为锂片，其特征在于：所述正极是以具有大孔径的三维超薄结构的C/SiO2复合导体为基体，硫以单质的形式附着在该基体的三维孔道表面，并在外包覆有一层聚酯膜的硫/炭/二氧化硅复合材料。制备过程依次为：制备三维骨架结构、SiO2大孔材料，、大孔炭/二氧化硅复合导体，在引入硫，最后再覆盖一层聚酯膜作为外保护层，用一般的工艺装配锂离子电池。本发明专利技术制得的大孔结构锂硫二次电池与传统的锂离子电池结构不同，无需使用胶黏剂，导电物质与电活性物质接触充分以减小内阻，电池内部结构稳定，充放电性能优越，并且电池的尺寸可以放大，适合大功率需要。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种大孔结构锂硫二次电池，包括以硫为正极活性物质的正极、负极以及电解液，其中负极为锂片，其特征在于：所述正极是以具有大孔径的三维超薄结构的C/SiO2复合导体为基体，硫以单质的形式附着在该基体的三维孔道表面，并在外包覆有一层聚酯膜的硫/炭/二氧化硅复合材料。制备过程依次为：制备三维骨架结构、SiO2大孔材料，、大孔炭/二氧化硅复合导体，在引入硫，最后再覆盖一层聚酯膜作为外保护层，用一般的工艺装配锂离子电池。本专利技术制得的大孔结构锂硫二次电池与传统的锂离子电池结构不同，无需使用胶黏剂，导电物质与电活性物质接触充分以减小内阻，电池内部结构稳定，充放电性能优越，并且电池的尺寸可以放大，适合大功率需要。【专利说明】
本专利技术属于新能源
，涉及一种锂硫二次电池，尤其涉及一种大孔结构锂 硫二次电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子二次电池是20世纪90年代发展起来的绿色能源，因其具有高可逆容量、高 电压、高循环性能和较高能量密度等优异性能而备受青睐。高能量密度一直是二次电池研 发的主题，锂硫电池是正在开发的二次电池体系中具有较高能量密度的一种，采用单质硫 或含硫材料作为正极活性物质，其理论能量密度达2600Wh/kg，是高能量密度性能二次电池 的代表和方向。锂硫电池有比容量高(单质硫的理论比容量达1675mAh/g)、硫资源丰富、环 境友好、价格便宜等优点，因此锂硫二次电池具有极大的研究和应用价值。 但硫作为正极活性物质应用于电池还存在一些困难，如导电性低，电池可逆性能 差；活性物质与导电物质结合不够均匀和牢固，活性物质的放电产物锂硫化合物易溶于 电解质溶液，降低活性物质的利用率。为了提高硫的利用率和改善电池的可逆性能，目 前专家们做了大量的研究，现有专利号为CN200810098039. 6的中国专利技术专利《一种用于 锂-硫电池正极材料的新型碳硫复合物及其制备方法》，通过以高孔容、高导电性、高比表 面的大孔炭材料为基体，将硫以单质的形式填充进基体的纳米及微米级孔中，也可同时发 生硫与碳的化合反应，制得硫在炭材料中以一种或一种以上化学状态存在的新型碳硫复 合物，这种材料在制备过程中需要使用粘结剂，结构稳定性性不够理想。还有专利号为 CN201110344416. 1的中国专利《一种锂硫二次电池正极材料硫的碳包覆方法》，将碳水化合 物与添加剂溶解形成溶液或溶胶，加入锂硫二次电池正极材料单质硫，超声分散，在硫颗粒 表面形成一层碳水化合物溶液或溶胶薄层，将反应液密封在高压下进行水热反应，反应后 自然冷却，洗涤过滤和干燥后得到锂硫二次电池碳包覆硫正极材料。上述专利都在一定程 度上提高了硫正极材料的导电性和循环稳定性，但是还不是很理想，对活性物质的利用率 还不够高，还有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供大孔结构锂硫二次电池，以包含多层薄 膜结构的三维大孔炭复合材料作为正极材料，无需使用胶黏剂，有效提高了活性物质的利 用率,并且循环稳定性好。 本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种大孔结构锂硫二次电池的制备方 法，以独特的三维大孔结构炭复合材料作为正极材料，无需使用胶黏剂，有效提高了活性物 质的利用率，并且制得的锂硫二次电池导电性好、充放电的循环稳定性好，并且电池的尺寸 可以放大，适合大功率需要。 本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种大孔结构锂硫二次电 池，包括以硫为正极活性物质的正极、负极以及电解液，其中负极为锂片，其特征在于：所述 正极是以具有大孔径的三维超薄结构的C/Si02复合导体为基体，硫以单质的形式附着在该 基体的三维孔道表面，并在外包覆有一层聚酯膜作为外保护层的硫/炭/二氧化硅复合材 料。 作为改进，所述三维超薄结构的C/Si02复合导体的孔隙率为60%?80%，比表面积 为70?110m 2· g-1，其炭膜的厚度为10?25nm，材料的体积电阻为100?200 Ω · cm。 作为优选，所述聚酯膜为含有聚乙二醇链段的交联型聚酯膜，聚酯膜的厚度为 5 ?15nm〇 最后，所述电解液是由0. 9?1. lmol · PLiPFy乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚 和1，3-二氧环戊烷（D0L)按照体积比为2 :2 :0. 9?1. 1组合而成的三元电解液。 本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种大孔结构锂硫二次电 池的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1)三维骨架聚合物模板的制备：将质量比为1 :2?1 :3的环氧树脂和聚乙二醇混 合并且加热到60?70°C，搅拌5?15分钟成透明溶液后，迅速加入与环氧树脂质量比为1 : 3?5的三乙烯四胺，搅拌均匀后倒入聚四氟乙烯模具中定型，保持定型温度在70?80°C 中1. 5?2. 5小时后形成白色的固状聚合物共混物，用纯水浸泡10?20小时得到三维骨 架结构的环氧树脂，在室温下自然干燥1?5天； 2)三维超薄结构Si02的制备：将上述制得的三维骨架结构的环氧树脂在正硅酸四 乙酯中浸泡2?5小时，在氨水气氛中在25?35°C中暴露10?20小时后形成Si0 2/环氧 树脂复合物，干燥1?2小时，在马弗炉中以5?10°C /min的升温速率升至600?900°C， 保持10?30分钟即可得到三维Si02超薄膜； 3)三维超薄结构(：/^02复合导体的制备：将质量比为2 :1?4 :1的N，N-二甲基 甲酰胺与丙烯腈混合配成溶液，加入丙烯腈质量〇. 5?1. 5%的偶氮二异丁腈作为引发剂， 将三维Si02超薄膜放入上述溶液中浸泡；取出后在N2保护下65?75°C聚合4?6小时后， 升温至75?85°C再聚合3?5小时，待反应完全后取出，在75?85°C下干燥0. 5?1. 5 小时，然后真空炭化，以9?lKOmirT1的速率从室温升到750?850°C炭化1. 5?2. 5小 时，得到C/Si02复合导体； 4)硫的负载：将硫溶于热的四氯乙烯中制成饱和溶液；取上述C/Si02复合导体迅 速放入该热的溶液中于95?105°C下保温1. 5?2. 5小时，取出样品迅速置于冰水中冷却， 再用甲醇重复浸泡4?6次，制得硫/炭/二氧化硅复合材料； 5)聚酯膜的包覆：将质量比为3 :1?10 :1的乙醇与双甲基丙烯酸聚乙二醇（200) 酯混合配制溶液，加入单体质量0. 5?1. 5%的偶氮二异丁腈作为引发剂，将上述硫/炭/ 二氧化硅复合材料充分浸泡于溶液中，取出后将其置于60°C以下除去乙醇，然后在氮气氛 围中于75?85°C下聚合2. 5?3. 5小时，最终得到表面包覆一层聚酯膜的硫/炭/二氧化 硅复合材料； 6)电池的装配：以锂片为对电极，Polymer/S/C/Si02复合材料为研究电极，0· 9? 1. lmol · I^LiPFy乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、1，3_二氧环戊烷为三元电解液，选用 Celgard2400为隔膜，在充满氩气的手套箱中且箱内的H20和02体积分数均小于ΚΓ 6状态 下组装成模拟电池。 作为优选，所述步骤3)中N，N-二甲基甲酰胺与丙烯腈质量比为2 :1?4 :本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大孔结构锂硫二次电池，包括以硫为正极活性物质的正极、负极以及电解液，其中负极为锂片，其特征在于：所述正极是以具有大孔径的三维超薄结构的C/SiO2复合导体为基体，硫以单质的形式附着在该基体的三维孔道表面，并在外包覆有一层聚酯膜作为外保护层的硫/炭/二氧化硅复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞丰，陈宗宗，江峰，梁云霄，肖通虎，龙能兵，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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