一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学和功能材料领域，涉及电池正极极片的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂-硫电池具有突出的高比能量优势和原料廉价、环境友好等优点，有望成为新一代高能电池体系。以金属锂为负极、单质硫为正极的锂-硫电池的理论比能量可达到2600 Wh / kg，硫的理论比容量可达1675 mAh / g，远大于石墨372 mAh / g的理论容量，单质硫廉价、环境友好的特性又使该体系具有极大的开发潜力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种锂-硫电池正极极片的制备方法，使用纳米分散技术、传统造纸和化学气相渗透技术，将碳纳米管、纤维素纤维和硫三组分组合在一起，通过造纸技术制成碳纳米管和-纤维素复合的片状板材，然后将硫加热汽化，使硫原子渗透到复合纸的孔隙中，吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0005](I)将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮等溶剂中，经高速剪切和砂磨机分散处理，制成碳纳米管分散液。
[0006](2)用高速剪分散设备将纤维素纤维粉碎和打散成细小的纤维素浆料。
[0007](3)将碳纳米管分散液和纤维素浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0008](4)将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫(升华硫)放入容器中并置于真空加热炉中，升温到450°C以上，硫在此温度转变为气态，气态硫原子渗透到复合导电纸的孔隙中。气相渗透的时间在10分钟至20小时，根据需要任意调节。控制气态硫渗透复合纸的时间，可控制复合纸中硫的吸附量，从而可制备特定比容量的正极极片。
[0009](5)吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
本发明的产品可裁剪成需要的形状和大小，或者直接制造成特定的形状和大小的锂-硫电池正极极片产品。本发明充分利用新的工艺方法制造锂-硫电池正极，活性材料和集流体一体化制做，不需要另外在增加金属集流体，可减轻电池重量，简化锂-硫电池的制造工艺。该发明制备的碳纳米管/纸纤维复合导电纸中具有大量微小孔洞，和巨大表面积，硫元素很容易填充其中，从而提高硫在极片中的装载量和密度，提高锂-硫电池的能量密度。碳材料和硫具有很好的亲和性，硫吸附在碳纳米管表面，增加了硫和碳纳米管的接触界面，使得界面电阻大幅减小，电子的传输更为容易，电池的性能得以有效提高。
[0010]本发明所述的锂-硫电池正极的用途如下:(I)用做锌锰纸电池正极，(2)用作锂离子纸电池正极；(3)用于制造超级电容器；(4)用作锂电池正极。
【附图说明】
[0011]附图1为本发明的正极极片的SEM照片。
【具体实施方式】
[0012]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0013]实施例1。
[0014](I)取I克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理I小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
[0015](2)将I克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
[0016](3)将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0017](4)将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫(升华硫)放入容器中置于真空加热炉中，升温到460°C，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
[0018](5)气相渗透的时间为10分钟。
[0019](6)吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
实施例2。
[0020](I)取2克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理I小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
[0021](2)将I克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
[0022](3)将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0023](4)将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫(升华硫)放入容器中置于真空加热炉中，升温到480°C，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
[0024]( 5 )气相渗透的时间为2小时。
[0025](6)吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
实施例3。
[0026](I)取3克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理I小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
[0027](2)将I克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
[0028](3)将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0029](4)将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫(升华硫)放入容器中置于真空加热箱中，升温到460°C，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
[0030](5 )气相渗透的时间在20小时。
[0031](6)吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片。
【主权项】
1.一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法，其特征是按以下步骤: (1)将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮溶剂中，经高速剪切和砂磨机分散处理，制成碳纳米管分散液； (2)用高速剪分散设备将纤维素纤维粉碎和打散成细小的纤维素浆料； (3)将碳纳米管分散液和纤维素浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分； (4)将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫放入容器中并置于真空加热炉中，升温到4500C以上，气相渗透10分钟至20小时； (5)真空干燥，得三元复合锂-硫电池的正极极片。
【专利摘要】一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法，首先将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇等溶剂中，剪切和分散，制成碳纳米管分散液；将纤维素粉碎和打散成纤维素浆料；两者均匀混合，真空抽滤，制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，真空干燥；然后将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫放入容器中并置于真空加热炉中，升温到450℃以上，气相渗透10分钟至20小时；真空干燥，得三元复合锂-硫电池的正极极片。本发明活性材料和集流体一体化制作，简化了锂-硫电池的制备工艺。产品具有大量微孔和巨大表面积，提高了硫在极片中装载量和密度及锂-硫电池能量密度。碳材料和硫的亲和性，增加了硫和碳纳米管的接触界面，使得界面电阻大幅减小，电池性能得以提高。
【IPC分类】H01M4/139, H01M4/04
【公开号】CN104934569
【申请号】CN201510230889
【发明人】孙晓刚, 刘珍红, 吴小勇, 聂艳艳, 庞志鹏, 岳立福
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月8日