一种锂电池正极的制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，特别涉及一种锂电池正极的制备方法，包括有如下步骤：将表面平整的金属薄片裁剪成圆片，先用丙酮超声洗涤，然后用蒸馏水超声洗涤，取出后晾干；将处理后的金属薄片放入化学气相沉积装置的真空腔体中，利用载气将液态的含硫碳源携带至反应的真空腔体内，使含硫碳源裂解，裂解后得到的活性基团在处理后的金属薄片上沉积，即可得到硫碳复合材料；制备好的硫碳复合材料在化学气相沉积装置中自然冷却至室温，即可得到锂电池正极。本发明专利技术具有以下优点：本发明专利技术将正极材料的制备与电极的制备集为一体，一步完成了电极的制备，无须干燥，无须添加粘接剂，为正极材料比容量的提高提供了可能。具有制作工艺简单、省时、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池
，特别涉及。
技术介绍
近年来，随着数码相机、笔记本电脑、混合动力汽车等一系列高科技电子产品的不断问 世，电池扮演着越来越重要的角色。与此同时，人们对电池性能提出的要求也越来越高。单 质硫的理论比容量为1675mAh/g，与锂组装成电池的理论比能量可达2600Wh/kg,远高于锂离 子电池，成为当前电池发展的主要趋势。然而，由于硫的电绝缘性，室温下含硫100%的电极是不可能充放电的。为弥补该缺点， 常用的解决方式是在电极制作过程中添加大量的导电剂。同时也有很多研究者尝试用有机硫 化物及碳硫聚合物作为锂电池的正极材料。而这些目前报道的正极材料大都存在着一定的缺 点。如正极材料的比容量低，室温下氧化还原反应速度较慢,且只能在低电流密度下进行充放 电，氧化反应与还原反应可逆性差，以及放电时形成易溶于有机溶剂的小分子硫巯基化合物， 使得循环性能变差，有机硫化物及其聚合物本身导电性差，降低了储能密度等。因此，如何 去解决目前锂二次电池正极材料比容量过低、循环性能不好这一缺点已成为了一种很关键的 技术。单质硫是目前所了解的正极材料中比容量最高的，被广为研究。由于单质硫为电子和离 子的绝缘体，因此在正极制作过程中需加入大量电子和离子的导电体，导电材料的比例可能 高达50时％，大大降低了正极材料乃至电池的能量密度。Li/S还存在其它问题，如放电时形 成的聚硫化合物容易溶解到电解液中，造成活性物质的损失，使得电池的容量快速衰减。另 外，生成无序的LisS2和Li2S的部分不可逆反应也影响电池的性能。随着聚合物或者凝胶电解 质的发展，尤其是纯固态聚环氧乙烯(PEO)电解质的尝试较大程度的抑制了放电产物的溶解。 Polyplus公司在这方面取得了较大的成就，然而单质硫电极本身的导电性和发生不可逆反应 等问题没有得到根本解决。王久林等人将电化学活性的单质硫复合到电子或离子导电性良好的导电聚合物中形成单质硫/导电聚合物复合材料，提高了电极的导电 性，然而其不可逆反应产物导致的电池性能下降及硫的利用率不高等问题仍未能完全解决[例如CN 1396202A; CN 1384556A]。De Jonghe等人提出了一系列具有多个巯基 的有机硫化物，但这类化合物动力学过程很慢，且工作温度高，快速充放电有较大极化产生，放电生成的二硫化物单体易在负极沉积，这些缺点阻碍了其商品化进程。为进一步提高此类 材料的储能性能，Naoi等对MTT (5甲基 一l， 3， 4一噻二唑一2 —巯基)的二硫化物、三硫化物和四硫化物进行了研究，获得了较高 的电极比容量。Gorkovenko以多卤代环状化合物为原料与多硫化钠制 得多硫交联聚合物，初始放电比容量大于1000Ah/kg。但他们都没能解决放电产物在电解液 中溶解造成得电池循环性能下降的问题，所以目前还只能用在高比容量的一次电池上。在杨裕生院士"主链导电，侧链储能"结构设 计思路的影响下，人们研究了多硫代聚苯撑、多硫代聚苯胺、多硫化碳炔、多硫代苯等一系 列正极材料。由于多硫链的引入，此类材料的比容量比有机硫化物有所提高。然而其制备工 艺繁杂，反应条件要求苛刻，虽然初始放电容量较高，但在充放电循环中的容量衰减仍较为 显著。上述的单质硫、有机硫化物及多硫代聚合物三大类锂电池正极材料都是先制备正极活性 物质，然后将正极活性物质溶于特定的溶剂中，并加入一定量的粘接剂调制成糊状，待其水 分蒸发后将此活性物质涂布在金属片集流体上，然后经过长时间的真空干燥后才制成待用的 正极。即把正极材料的制备与电极的制备分为了两步进行，其共同的缺点是涂布后的电极需 经过长时间的干燥才能制得待用的正极，工艺复杂、费时、且成本较高。另外，由于制作过 程中粘接剂的加入，使得电极的比容量也有所下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对上述现有技术而提出，其将正 极材料的制备与电极的制备集为一体， 一步完成电极的制作，电化学活性物质直接沉积在集 流体上，电极制作过程中无须添加粘接剂，无需干燥。本专利技术为解决上述提出的问题所采用解决方案为 ，其特征 在于包括有如下步骤-1) 金属片的预处理-将表面平整的金属薄片裁剪成直径大小为10-15mm的圆片，先用丙酮超声洗涤2-4分钟， 然后用蒸馏水超声洗涤1-2分钟，取出后晾干；2) 硫碳复合材料的沉积将步骤1)处理后的金属薄片放入化学气相沉积装置的真空腔体中，利用载气将液态含 硫碳源携带至反应的真空腔体内，采用等离子体或热裂解的方式，使含硫碳源裂解，裂解后的得到的活性基团在处理后的金属薄片上沉积4-8小时，即可得到硫碳复合材料；制备好的硫碳复合材料在化学气相沉积装置中自然冷却至室温，即可得到锂电池正极。 按上述方案，所述的金属薄片为铝箔、铜箔或镍箔。按上述方案，所述的化学气相沉积装置为射频化学气相沉积装置、热丝化学气相沉积装 置或微波化学气相沉积装置。按上述方案，所述的载气为Ar、 N2或H2。 按上述方案，所述的液态含硫碳源是二硫化碳或噻吩。本专利技术利用化学气相沉积的方式制备了锂电池正极用硫碳复合材料，以材料本身的碳作 导电成分，避免了导电剂的加入，为正极比容量的提高提供了可能。与此同时，所得的正极 材料中的硫与碳之间发生了化学反应，形成c-s、 S-S键，而非简单的机械混合，这种结构可 将部分硫固定在阴极区，从而减小了因多硫离子的溶解而带来的电池性能下降。另外，由于 活性材料直接沉积在集流体上，电极的导电性好，降低了成本；活性材料与集流体结合紧密， 电极机械性能高，不易掉粉或发生脆片现象，能避免电化学活性反应部位的损失，提高了电 极性能。在此方法下，电极的整个制作过程都在真空环境的化学气相沉积装置中完成，电极 的沉积过程本身就附带着真空干燥的过程，因而省去了电极制备过程中的长时间干燥。本专利技术与现有技术相比具有以下优点本专利技术将正极材料的制备与电极的制备集为一体， 一步完成了电极的制备。无须干燥，具有制作工艺简单、省时、成本低点等优点。且无须添 加粘接剂，为正极材料比容量的提高提供了可能。 具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不能作为对本专利技术的限定。 实施例1:将表面平整的铝箔裁剪成直径大小为12mm的圆片，先用丙酮超声洗涤3分钟，然后用蒸 馏水超声洗涤l分钟，取出后晾干。将处理好的铝箔放入射频化学气相沉积装置的真空腔体中，利用Ar将噻吩携带至反应真 空腔体中，通过调节气体流量使腔体内气压维持在2.5Pa，调节射频功率源至100W, Ar和噻 吩总流量为100sccm (标况毫升/分)，其中噻吩的体积含量为70%，沉积5小时后得到硫碳 复合材料，待其在真空腔体中自然冷却至室温后得到锂电池正极。实施例2:将表面平整的铜箔裁剪成直径大小为15mm的圆片，先用丙酮超声洗涤3分钟，然后用蒸 馏水超声洗涤l分钟，取出后晾干。将处理好的铜箔放入射频化学气相沉积装置的真空腔体中，利用N2将CS2携带至反应腔 体中，通过调节气体流量使腔体内气压维持在6Pa，调节射频功率源至70W， N2和CS2总流量为150sccm，其中CS2的体积含量为60y。，沉积6小时后得到硫碳复合材料，待其在真空腔体 中自然冷却至室温后得到锂电池正极。 实施例3:将表面平整的镍箔裁剪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池正极的制备方法，其特征在于包括有如下步骤：　１）金属片的预处理：　将表面平整的金属薄片裁剪成直径大小为１０－１５ｍｍ的圆片，先用丙酮超声洗涤２－４分钟，然后用蒸馏水超声洗涤１－２分钟，取出后晾干；　２）硫碳复合材料的沉积：　将步骤１）处理后的金属薄片放入化学气相沉积装置的真空腔体中，利用载气将液态含硫碳源携带至反应的真空腔体内，采用等离子体或热裂解的方式，使含硫碳源裂解，裂解后的得到的活性基团在处理后的金属薄片上沉积４－８小时，即可得到硫碳复合材料；制备好的硫碳复合材料在化学气相沉积装置中自然冷却至室温，即可得到锂电池正极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王传新，皮华滨，汪建华，王升高，马志斌，满卫东，张行，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]