一种硫碳复合材料、正极极片和锂硫固态电池制造技术

本发明专利技术提出了一种硫碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、在固体石蜡溶于丙二醇甲醚中，高速搅拌使石蜡彻底分散，加入柠檬酸定型，将定型后的石蜡溶液滴入双氧水形成沉淀物，将沉淀物冲洗干净后碳化形成多孔纳米球形材料；S2、将纳米多孔材料与硫粉混合均匀后置于密闭容器中，于高温环境下恒温烘烤，烘烤完成后，使用酒精冲洗混合材料，烘干后即得硫碳复合材料；S3、将硫碳复合材料加工成微米级二次颗粒；S4、将硫碳复合材料微米级二次颗粒与丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠、去离子水、N甲基吡咯烷酮混合均匀，得到硫碳复合材料正极浆料。采用本发明专利技术的硫碳复合材料制备的锂硫固态电池，首次充电容量达到1462mah/g，有效提高了电池的比容量。电池的比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种硫碳复合材料、正极极片和锂硫固态电池


[0001]本专利技术涉及动力电池
，尤其涉及一种硫碳复合材料、正极极片和锂硫固态电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自诞生以来已经在各个行业得到了广泛应用。随着应用的逐步深入，高重量比能量、高体积比能量的锂离子电池成为了行业新的需求点。传统锂离子电池在应用过程中自身的不足逐渐表现出来，在长续航里程、百公里加速性能等方面逐渐落伍，新的高比能量电池成为锂电行业新的亮点。
[0003]同时由于传统锂离子电池属于液态电池，其安全性、保液性，以及使用过程中发热等现象导致锂离子电池一系列的安全隐患。固态电池作为一种新型电池结构，具体是将正负极片隔膜电解质压合成为一个整体，使正负极紧密结合，避免了传统锂离子电池的容量衰减、内阻大、保液需求等多方面的缺陷，有效的提高了电池安全性能、提高电池的体积比能量、重量比能量等多方面的性能。
[0004]目前，锂硫电池分为大锂硫和小锂硫电池，然而无论是大锂硫还是小锂硫电池，都存在一个致命缺陷，也就是在充放电循环过程中，会生成Li2s等一系列化合物，这些化合物都溶于电解液，导致正极材料结构的破坏，循环过程不可持续，另外现有的锂离子电池比容量360wh/kg是上限，超过这个上限必然要损害电池的安全性能，亟需解决。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出了一种硫碳复合材料、正极极片和锂硫固态电池。
[0006]本专利技术提出的一种硫碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将固体石蜡溶于丙二醇甲醚中，高速搅拌使石蜡彻底分散，加入柠檬酸定型，在定型后的石蜡溶液中滴入双氧水形成沉淀物，将沉淀物冲洗干净后碳化形成多孔纳米球形材料；
[0008]S2、将纳米多孔材料与硫粉混合均匀后置于密闭容器中，于高温环境下恒温烘烤，烘烤完成后，使用酒精冲洗混合材料，烘干后即得硫碳复合材料；
[0009]S3、将硫碳复合材料与聚偏二氟乙烯、N
‑
甲基吡咯烷酮混合均匀后，经过喷雾干燥加工成微米级二次颗粒；
[0010]S4、将硫碳复合材料微米级二次颗粒与丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠、去离子水、N甲基吡咯烷酮混合均匀，混合均匀，得到硫碳复合材料正极浆料。
[0011]在本专利技术的一较佳实施例中，步骤S1中，于235℃
‑
280℃下碳化。
[0012]在本专利技术的一较佳实施例中，步骤S2中，纳米多孔碳材料为碳纳米管、石墨烯、碳网中的一种或多种，纳米多孔材料与硫粉的体积比为1:1，于120℃
‑
160℃的高温环境下恒温烘烤。
[0013]在本专利技术的一较佳实施例中，步骤S4中，硫碳复合材料微米级二次颗粒、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液、N甲基吡咯烷酮、去离子水的重量比为95:3:2:0.03:45。
[0014]本专利技术还提出一种如上述的制备方法制得的硫碳复合材料。
[0015]本专利技术还提出一种锂硫固态电池正极极片，包括正极集流体和复合在正极集流体上的正极材料层，所述正极材料层由上述的硫碳复合材料形成，所述正极集流体采用铝箔、铝网、附碳铝箔、附碳铝网、钢带或者钢网。
[0016]本专利技术还提出一种锂硫固态电池，包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极极片为上述的锂硫固态电池正极极片。
[0017]在本专利技术的一较佳实施例中，所述隔膜制备步骤如下：首先将高氯酸锂加入到乙二酸二甲醚中进行充分溶解后，再加入四氟硼酸锂充分溶解后加入碳酸丙烯酯混合均匀；再将混合均匀的溶液加入到有机聚合物中进行搅拌鞣制成黏稠状，再将鞣制均匀的溶胶混合物压制成薄膜后烘干，裁切；优选地，有机聚合物、高氯酸锂、四氟硼酸锂、碳酸丙烯酯、乙二酸二甲醚的重量比为87:10:3:10:15；优选地，有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚丙烯晴、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯中的一种或多种组合。
[0018]在本专利技术的一较佳实施例中，所述负极极片为金属锂带、铝锂合金带、铝锂合金网或金属锂网。
[0019]本专利技术还提出一种如上述的锂硫固态电池的制备方法，其步骤如下：将正极极片置入模具中，再将隔膜置入模具中，加入乙二醇二甲醚充分浸润后进行一次压合；再将铝网、负极极片置入模具中进行二次压合形成电池芯，引出极耳后，采用铝塑膜封装成为锂硫固态电池。
[0020]本专利技术提出的一种硫碳复合材料的制备方法，采用纳米多孔材料作为复合材料的骨架，将硫以纳米颗粒的形式储存在纳米碳球中，形成碳硫复合材料，该材料制成正极极片，在循环过程中，有效保证了正极材料结构的稳定性，确保循环过程中正极状态的结构完整性；本专利技术采用纳米多孔材料作为复合材料的骨架，比表面积高，孔容大，可以负载更多的活性物质硫，提高了硫碳复合正极的比容量。
[0021]采用本专利技术的硫碳复合材料制备的锂硫固态电池，采用高容量的硫和金属锂带，首次充电容量达到1462mah/g，具有远高于传统锂离子电池的能量密度，有效提高了电池的比容量，同时固态电池确保了大倍率性能，减少了电池的自放电，增加了安全性能。
[0022]本专利技术实现了锂离子电池高比能量、高安全性、高比功率、低内阻、长使用寿命等特点，是一种新颖的车用锂离子动力电池制造技术，本专利技术技术在锂离子电池制造
，实现了跨越式的进步，产品在电动汽车、电动工具、储能领域的应用带来更加优异的使用效果。
具体实施方式
[0023]为便于理解本专利技术，本专利技术列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0024]实施例1：
[0025]一种硫碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1、将固体石蜡加入丙二醇甲醚中进行溶解，待石蜡溶解完毕后，进行高速搅拌使
石蜡彻底分散后加入柠檬酸定型，其中柠檬酸占石蜡重量的2％；再将定型后的石蜡溶液滴入双氧水逐步形成沉淀物，双氧水占石蜡重量的2.5％，将石蜡沉淀物冲洗干净后，于235—280℃进行碳化处理，形成纳米多孔碳材料；将纳米多孔材料与硫粉按照体积比1：1进行混合均匀后置于密闭容器中，于120
‑
160℃高温环境下恒温烘烤，使得熔融态硫镶嵌进入纳米多孔碳的孔隙中，待充分融合后，使用酒精冲洗混合材料，烘干后即得硫碳复合材料；
[0027]S2、将硫碳复合材料与聚偏二氟乙烯、N
‑
甲基吡咯烷酮混合均匀后，经过喷雾干燥加工成微米级二次颗粒，粒径为6um
‑
25um；
[0028]S3、将硫碳复合材料微米级二次颗粒、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液、N
‑
甲基吡咯烷酮、去离子水按照重量比为95:3:2:0.03:45进行配料，混合均匀，得到硫碳复合材料正极浆料。
[0029]制备电池正极极片：
[0030]将上述浆料均匀涂敷在6um厚度的铝箔上，经烘干、裁切成为电池正极极片。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将固体石蜡溶于丙二醇甲醚中，高速搅拌使石蜡彻底分散，加入柠檬酸定型，将定型后的石蜡溶液滴入双氧水形成沉淀物，将沉淀物冲洗干净后碳化形成多孔纳米球形材料；S2、将纳米多孔球形材料与硫粉混合均匀后置于密闭容器中，于高温环境下恒温烘烤，烘烤完成后，使用乙醇洗混合材料，烘干后即得粒径为100nm
‑
380nm的硫碳复合材料；S3、将硫碳复合材料与聚偏二氟乙烯、N
‑
甲基吡咯烷酮混合均匀后，经过喷雾干燥加工成粒径为6μm
‑
25μm微米级二次颗粒；S4、将硫碳复合材料微米级二次颗粒与丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素钠、去离子水、N甲基吡咯烷酮混合均匀，得到硫碳复合材料正极浆料。2.根据权利要求1所述的硫碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，于235℃
‑
280℃下碳化。3.根据权利要求1所述的硫硫碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，纳米多孔球形材料为碳纳米管、石墨烯、碳网中的一种或多种，纳米多孔球形材料与硫粉的体积比为1:1，于120℃
‑
160℃的高温环境下恒温烘烤。4.根据权利要求1所述的硫硫碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，硫碳复合材料微米级二次颗粒、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶乳液、N甲基吡咯烷酮、去离子水的重量比为95:3:2:0.03:45。5.一种如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：李永康，张伟，周赏，黄瑞锦，孙爱明，
申请(专利权)人：宜春国轩电池有限公司，
类型：发明
国别省市：