一种锂硫电池正极及其制备方法，锂硫电池电芯及锂硫电池技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池正极及其制备方法，锂硫电池电芯及锂硫电池。锂硫电池正极包括集流体和与集流体熔铸复合的活性物质层，活性物质层由重量比为(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的铝、多孔炭、硫组成。本发明专利技术提供的锂硫电池正极，活性物质层与集流体熔铸复合，活性物质层中的铝形成导电金属网络，多孔炭用于填充硫，所得锂硫电池正极的导电性和结构稳定性较现有锂硫电池正极大大提高，可有效改善锂硫电池的倍率性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极及其制备方法，锂硫电池电芯及锂硫电池
本专利技术属于锂硫电池用电极领域，具体涉及一种锂硫电池正极及其制备方法，锂硫电池电芯及锂硫电池。
技术介绍
锂硫电池是锂离子电池的一种，其以硫元素作为电池的正极材料，具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点。锂硫电池的比能量远高于商业上广泛应用的锂离子电池。并且，硫是一种环境友好元素，对环境基本没有污染；锂硫电池是一种非常有前景的锂离子电池。锂硫电池以金属锂为负极材料，采用液体电解质，放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。申请公布号为CN105047856A的专利公开了一种锂硫电池的阳极结构，其包括层叠在铝箔上的硫阳极、以及设置在硫阳极与浸渍有硫的碳结构层之间的碳涂层；硫阳极包括硫、导体和粘合剂，浸渍有硫的碳结构层是与对电极分隔的聚酯分隔膜；阳极结构内的硫的加载量分散于硫阳极和浸渍有硫的碳结构层。现有的锂硫电池电极，因粘结剂及电极材料的导电性问题一直难以实现快速充放电，且在电池充放电过程中，电极材料随着锂离子的嵌入与脱嵌，存在体积的膨胀与收缩，容易引起电极材料与集流体的开裂与剥落。上述因素导致现有锂硫电池的倍率性能和循环性能有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂硫电池正极，从而解决现有锂硫电池存在的倍率性能和循环性能差的问题。本专利技术的第二个目的在于提供上述锂硫电池正极的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种锂硫电池电芯。本专利技术的第四个目的在于提供使用上述锂硫电池电芯的锂硫电池。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种锂硫电池正极，包括集流体和与集流体熔铸复合的活性物质层，活性物质层由重量比为(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的铝、多孔炭、硫组成。本专利技术提供的锂硫电池正极，活性物质层与集流体熔铸复合，活性物质层中的铝形成导电金属网络，多孔炭用于填充硫，所得锂硫电池正极的导电性和结构稳定性较现有锂硫电池正极大大提高，可有效改善锂硫电池的倍率性能和循环性能。上述锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：1)将铝粉、多孔炭粉混合后压制成型，得到活性物质坯块；2)将活性物质坯块与集流体贴合后，在保护气氛下，于900～1100℃下熔铸20～40min，得到熔铸复合的集流体和活性物质层；3)将熔铸复合的集流体和活性物质层置于硫的二硫化碳饱和溶液中浸渍，分离，烘干、冷却，即得。步骤1)中，铝粉、多孔炭粉的振实体积之比为(2.8±1.9)：2。步骤2)中，活性物质层的厚度为0.5mm～50mm。所述集流体为铝板，厚度为0.3～0.7mm。步骤3)中，所述烘干的温度为50～80℃，烘干的时间为2h～4h。步骤3)中，重复进行浸渍、分离、烘干、冷却操作。浸渍的时间为0.5-2h。通过上述重复操作可提高正极的载硫量，进而提高正极的电化学性能。本专利技术的锂硫电池正极的制备方法，活性物质层与集流体结合为一体，导电性和结构稳定性大大提升，正极的倍率性能、循环性能得到保证，更有利于活性物质的克容量发挥；该制备方法工艺简单，对设备的要求低，适于大规模工业化推广应用。本专利技术的锂硫电池电芯所采用的技术方案是：一种锂硫电池电芯，包括隔膜板和设置在隔膜板两侧的正极、负极，正极采用上述锂硫电池正极。负极包括集流体和锂板，所述锂板位于集流体和所述隔膜板之间。锂板的厚度为0.5mm～50mm。锂板通过压力结合在集流体上。隔膜板由聚四氟乙烯或陶瓷制成，隔膜板的厚度为0.1～0.4mm。优选的，隔膜板上的孔的孔径为50nm～1000μm。孔在隔膜板上的分布可选择有序或无序。本专利技术的锂硫电池电芯，采用极板式复合结构，可根据电池设计需求调整各极板的厚度，相较现有的叠片式和卷绕式电芯，电芯结构更加简单，制造成本大幅度降低；高强度大孔径隔离板的使用，不仅提高了电池的安全性能，而且消除了离子传输阻力，从而进一步改善了锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。采用上述锂硫电池电芯的锂硫电池。锂硫电池的电解液可采用常规锂离子电池电解液，电解液中，溶质可选择LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3中的至少一种，溶剂可选择碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚中的至少一种；可进一步添加硝酸锂等添加剂来提高电解液的性能。本专利技术的锂硫电池，制造成本低，电池的倍率性能、循环性能和安全性能得到全面提升。附图说明图1为本专利技术的锂硫电池电芯的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的实施方式作进一步说明。实施例1本实施例的锂硫电池电芯，结构示意图如图1所示，包括隔膜板12和设在隔膜12两侧的正极板10、负极板11，正极板10包括正极集流体100和与正极集流体100熔铸复合的活性物质层101，负极板11包括负极集流体110和通过压力结合在负极集流体110上锂板111；正极集流体100为铝质极板，面积为400cm2，厚度为0.5mm，活性物质层111由铝、多孔炭和硫组成，活性物质层的厚度为3cm，面积为400cm2，正极板的制备方法为：1)将振实体积比为30:70的铝粉和多孔炭粉(科琴黑粉)球磨混合后，利用模具压制成型，得到活性物质坯块；2)将活性物质坯块与正极集流体贴合在一起，置于1000℃的惰性气体炉子中处理30min，冷却至室温，得到熔铸复合的集流体和活性物质层；3)将熔铸复合的集流体和活性物质层置于硫的二硫化碳饱和溶液中浸渍1h，分离，再在50℃的鼓风干燥箱中干燥3h，冷却至室温；4)重复步骤3)两次，即得正极板。正极板中，铝、多孔炭、硫的重量比为2.5：2：8。负极集流体110为铝质极板，面积为410cm2，厚度为0.5mm，锂板的面积为405cm2，厚度为0.4cm，将锂板和负极集流体在模具中压制贴合为一体；隔膜板12为聚四氟乙烯大孔隔膜板，面积为420cm2，厚度为0.2mm，隔膜板上均匀分布8000个孔道，孔径为50μm。本实施例的锂硫电池，将本实施例的锂硫电池电芯置入包装壳中，引出正负极耳，注入电解液，密封包装制成3Ah的锂硫电池。电解液为LiPF6溶液，LiPF6的浓度为1mol/L，溶剂为体积比为1:1的碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合物。实施例2本实施例的锂硫电池电芯，结构同实施例1，区别在于：正极集流体的厚度为0.4mm，活性物质层的厚度为4.5cm；正极板的制备方法为：1)将振实体积比为50:50的铝粉和多孔炭粉(科琴黑粉)球磨混合后，利用模具压制成型，得到活性物质坯块；2)将活性物质坯块与正极集流体贴合在一起，置于900℃的惰性气体炉子中处理40min，冷却至室温，得到熔铸复合的集流体和活性物质层；3)将熔铸复合的集流体和活性物质层置于硫的二硫化碳饱和溶液中浸渍h，分离，再在60℃的鼓风干燥箱中干燥4h，冷却至室温；4)重复步骤3)两次，即得正极板。正极板中，铝、多孔炭、硫的重量比为25：7：28。负极集流体的厚度为0.4mm，锂板的厚度为0.4cm。本实施例的锂硫电池，制备过程同实施例1。实施例3本实施例的锂硫电池电芯，结构同实施例1，区别在于：正极集流体的厚度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池正极，其特征在于，包括集流体和与集流体熔铸复合的活性物质层，活性物质层由重量比为(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的铝、多孔炭、硫组成。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极，其特征在于，包括集流体和与集流体熔铸复合的活性物质层，活性物质层由重量比为(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的铝、多孔炭、硫组成。2.一种如权利要求1所述的锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铝粉、多孔炭粉混合后压制成型，得到活性物质坯块；2)将活性物质坯块与集流体贴合后，在保护气氛下，于900～1100℃下熔铸20～40min，得到熔铸复合的集流体和活性物质层；3)将熔铸复合的集流体和活性物质层置于硫的二硫化碳饱和溶液中浸渍，分离，烘干、冷却，即得。3.如权利要求2所述的锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，步骤2)中，活性物质层的厚度为0.5mm～50mm。4.如权利要求2所述的锂硫电池正极的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建楠，李肖肖，王楠，齐彬伟，李兴旺，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41