本发明专利技术公开一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用，柔性硫正极的制备主要包括纳米硫分散液的制备、碳骨架分散液的制备、碳硫正极分散液的制备、磁力搅拌、混合溶液抽滤、滤饼层和滤膜的烘干、揭下滤饼层得碳硫正极薄膜、聚合物固态电解质溶液的制备、将电解质溶液滴于碳硫正极薄膜上并烘干得到预处理柔性硫正极极片、热压处理得全固态电池柔性硫正极极片等过程；本发明专利技术在硫正极上同时引入柔性导电碳材料和柔性聚合物固态电解质，形成均匀的离子/电子导电通路，可全面提升电极的柔性，且整体制备方法简单，高效节能，更加具有实用价值。用价值。用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用
[0001]本专利技术属于固态电池
，具体涉及一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用。
技术介绍
[0002]随着可穿戴和便携式产品的快速发展，对柔性电子设备的需求日益增加。柔性电池作为其关键部件，得到了越来越多的研究和关注，开发具有高能量密度的柔性电池，对柔性电子设备的未来发展意义重大。在锂离子电池的柔性设计改进过程中，高分子及其改性材料被广泛应用，这些材料不仅可满足设备对于机械柔性的要求，同时其多孔及大比表面积等性质具有帮助锂离子快速迁移、降低界面阻抗等作用，可提高电池整体性能。
[0003]锂硫电池具有较高的理论容量和能量密度，且成本低廉，是未来储能领域发展的重要方向。传统锂硫电池很难实现较高的柔韧性，是因为其电极材料多为刚性材料，不易或不能弯曲；电解液为液态，弯曲过程中，容易发生泄漏；电池结构多为传统物理组装，材料界面结合较差。且电池弯曲变形后，将丧失原有性能，或发生性能的快速衰退。因此，开发高性能的柔性锂硫电池更能满足未来柔性可穿戴电子器件的需求，那么适用于柔性锂硫电池的电极材料及电极结构的设计创新就显得尤为重要。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法及应用，所述硫正极具有良好的柔性离子和电子通路，全面提升固态电池的柔性。应用该柔性硫正极的全固态锂硫电池具有良好的循环稳定性和容量保持率，具有较强的实用性。
[0005]本专利技术是这样来实现的：一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法，具体制备步骤如下：（1）称取一定质量的纳米硫加入溶剂中，超生分散1~4h得纳米硫分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；（2）称取一定质量碳材料加入溶剂中，超生分散1~4h得碳骨架分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；（3）将步骤（1）和（2）所得的纳米硫分散液与碳骨架分散液混合并搅拌，即得到碳硫正极分散液；（4）将步骤（3）所得碳硫正极分散液置于磁力搅拌器上搅拌1~4h；（5）将步骤（4）得到的混合溶液抽滤，每张滤膜上碳硫载量为2~10mg；（6）将步骤（5）所得滤饼层和滤膜在50~80℃下一起烘干0.5~2h；（7）将步骤（6）所得的滤饼层从滤纸上揭下，得到碳硫正极薄膜；（8）按2~3：1的质量比称取聚氧化乙烯PEO和LiTFSI加入乙腈溶剂中，于20~60℃下磁力搅拌8~16h，即得到固态电解质溶液，固含量为3%~10%；（9）将步骤（8）所得固态电解质溶液滴加0.5~3 mL在步骤（7）得到的碳硫正极薄膜
上，并于50~80℃烘干18~36h除去乙腈溶剂，得到预处理柔性硫正极极片；（10）将步骤（9）所得预处理柔性硫正极极片于60~120℃下进行热压处理，得到全固态电池柔性硫正极极片。
[0006]进一步地，步骤（1）中所用溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇或者丙酮中的一种，超声分散时间为2~3h，纳米硫分散液的浓度为0.3~0.4 mg/mL。
[0007]进一步地，步骤（2）中所用碳材料为碳纳米管、石墨烯或碳纤维中的一种，所用溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇或者丙酮中的一种，超声分散时间为2~3h，碳骨架分散液的浓度为0.3~0.4 mg/mL进一步地，步骤（3）所得碳硫正极分散液中硫和碳的质量比为1~5：5~9。
[0008]进一步地，步骤（4）中磁力搅拌时间为2~3h。
[0009]进一步地，步骤（5）中每张滤膜上碳硫载量为5~8mg。
[0010]进一步地，步骤（6）中烘干温度为60~70℃，烘干时间为1~1.5h。
[0011]进一步地，步骤（8）中，PEO与LiTFSI的质量比为2.5：1，固含量为5%~6%，磁力搅拌温度为30~50℃，磁力搅拌时间为10~14h。
[0012]进一步地，步骤（9）中，电解质溶液添加量为1~2 mL，烘干温度为60~70℃，烘干时间为24~30h。
[0013]进一步地，步骤（10）中，热压温度为80~100℃。
[0014]有益效果：1、本专利技术在硫正极中引入了柔性碳材料，柔性碳骨架结构提供大的空间载硫，提高硫负载量的同时缓解硫的体积膨胀效应；2、本专利技术通过简单抽滤，形成自组装碳硫正极薄膜，薄膜厚度和正极中硫载量简单可控；3、本专利技术通过在碳硫正极薄膜上滴加聚合物固态电解质溶液，在保证碳硫自主装结构完整的基础上，加入柔性聚合物电解质形成均匀的离子/电子导电通路；4、本专利技术制备方法简单，通过制备硫和碳的分散液，混合得到碳硫正极材料，相比于传统硫碳复合过程，本专利技术无需在硫熔点温度（155℃）对碳硫粉末进行高温热处理，高效节能，具有实用价值。
附图说明
[0015]图1为实施例1所得柔性碳硫正极薄膜的SEM图；图2为实施例1所得柔性硫正极极片的实物图，其中，a为未经弯折后的图片，b为经过弯折测试后的图片；图3为实施例1所得柔性硫正极应用在全固态锂硫电池上的首次充放电曲线图；图4为实施例1所得柔性硫正极应用在全固态锂硫电池上的循环性能曲线图。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0017]实施例1
一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备（1）称取3.5 mg纳米硫，量取10 mL乙醇溶剂，将纳米硫加入溶剂中（纳米硫分散液浓度为0.35 mg/mL），超声分散2h；（2）称取3.5 mg碳纳米管，量取10 mL乙醇溶剂，将碳纳米管加入溶剂中（碳骨架分散液浓度为0.35 mg/mL），超声2h；（3）将步骤（1）和（2）所得的纳米硫分散液与碳骨架分散液混合并搅拌，即得到碳硫正极分散液（硫和碳的质量比为1：1）；（4）将步骤（3）所得碳硫正极分散液置于磁力搅拌器上搅拌2.5h；（5）将步骤（4）得到的混合溶液抽滤（滤膜上碳硫载量为7 mg）；（6）将步骤（5）所得滤饼层和滤膜在65℃烘干1.25h；（7）将步骤（6）所得的滤饼层从滤纸上揭下，得到碳硫正极薄膜；（8）称取2.5 g PEO和1 g LiTFSI加入到 63.6 g乙腈溶剂中（固含量为5.5%），40℃下磁力搅拌 12 h；（9）在步骤（7）得到的碳硫正极薄膜上滴加1.5 mL步骤（8）所得固态电解质溶液，在65℃烘干27h以除去乙腈溶剂，得到预处理柔性硫正极极片；（10）将步骤（9）所得预处理柔性硫正极极片在90℃下进行热压处理，得到全固态电池柔性硫正极极片。
[0018]图1为本实施例所得柔性碳硫正极薄膜的SEM图，如图1可知，柔性碳硫正极薄膜表面疏松多孔，内部碳纳米管呈三维导电碳骨架，纳米硫颗粒负载在碳骨架上。
[0019]图2为实施例1所得柔性硫正极极片的实物图，由图2可知，对极片进行弯折测试，极片仍保持完整，说明所制备的硫正极极片具有较好的柔性。
[0020]图3为利用实施例1所得柔性硫正极制备的全固态锂硫电池的首次充放电曲线图，由图3可知，首本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：（1）称取一定质量的纳米硫加入溶剂中，超生分散1~4h得纳米硫分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；（2）称取一定质量碳材料加入溶剂中，超生分散1~4h得碳骨架分散液，分散液浓度为0.1~0.6 mg/mL；（3）将步骤（1）和（2）所得的纳米硫分散液与碳骨架分散液混合并搅拌，即得到碳硫正极分散液；（4）将步骤（3）所得碳硫正极分散液置于磁力搅拌器上搅拌1~4h；（5）将步骤（4）得到的混合溶液抽滤，每张滤膜上碳硫载量为2~10mg；（6）将步骤（5）所得滤饼层和滤膜在50~80℃下一起烘干0.5~2h；（7）将步骤（6）所得的滤饼层从滤纸上揭下，得到碳硫正极薄膜；（8）按2~3：1的质量比称取聚氧化乙烯PEO和LiTFSI加入乙腈溶剂中，于20~60℃下磁力搅拌8~16h，即得到固态电解质溶液，固含量为3%~10%；（9）将步骤（8）所得固态电解质溶液滴加0.5~3 mL在步骤（7）得到的碳硫正极薄膜上，并于50~80℃烘干18~36h除去乙腈溶剂，得到预处理柔性硫正极极片；（10）将步骤（9）所得预处理柔性硫正极极片于60~120℃下进行热压处理，得到全固态电池柔性硫正极极片。2.如权利要求1所述的一种全固态锂硫电池柔性硫正极的制备方法，其特征在于，其特征在于，步骤（1）中所用溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇或者丙酮中的一种，超声分散时间为2~3h，纳米硫分散液的浓度为0.3...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈煜婷，沈维新，王家钧，孙楠，杨海涛，
申请(专利权)人：江苏海宝电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。