一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池，该制备方法包含：步骤1，将单质硫、导电剂和粘结剂以（70～90）：（20～2）：（10～8）的比例混合，制备正极极片；步骤2，通过快速加热升华或物理溶解的方法除去正极极片表面的单质硫，从而获得多孔硫正极。本发明通过将单质硫材材、导电剂和粘结剂混合制备出高硫含量的硫正极，然后通过快速加热升华或物理溶解的方法除去表面的部分单质硫，进而实现用于锂硫二次电池的多孔的硫正极，该方法制备的硫正极具有多孔结构、易吸液、吸液量大、微观骨架结构稳定、缓解正极体积膨胀、单质硫利用率高、循环性能好等显著优点。
【专利说明】一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池
【技术领域】
[0001] 本发明属于电化学电池领域，涉及一种锂硫电池，具体涉及一种用于锂硫电池的 多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池。
【背景技术】
[0002] 从便携的电子产品如iphone手机到以动力和储能为代表的航天飞行器、电动汽 车、智能电网和储能电站的飞速发展，高效储能器件近年来受到各国的重视，对储能电源特 别是锂电池，提出了更高的要求：质量轻、体积小、能量密度高、安全性好、长循环寿命等。
[0003] 目前商品化的锂电池正极材料主要是层状的或者尖晶石状的锂过渡金属氧化物， 如LiC〇C02、LiMn204、LiFeP04等。这些材料具有工作电压高、自放电率低等优点，但是重量 能量密度不够高，目前限制在200-250Wh/Kg，不能满足社会对高能量密度的要求。虽然通过 改进现有材料和电池制备工艺还可以在一定程度上提高电池的性能，但是若要显著的提高 电池的能量密度，就必须对新材料和新体系进行开发。
[0004] 以单质硫为正极、金属锂为负极的锂硫电池是一种很有发展潜力的高能量密度的 新体系电池。作为未来空间任务的能源，美国航天局（NASA)2014年选出4个先进能源存储 技术的提案，其中3个提案将锂硫电池选为未来先进能源的存储装置。
[0005]锂硫电池发生的电化学总反应为：
【权利要求】
1. 一种用于高比能量锂硫电池多孔硫正极的制备方法，其特征在于，该方法包含以下 具体步骤： 步骤1，将单质硫、导电剂和粘结剂以（70?90) :(20?2) :(10?8)的比例混合，制 备正极极片； 步骤2,通过快速加热升华或物理溶解的方法除去正极极片表面的单质硫，从而获得多 孔硫正极。
2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单质硫选择升华硫、结晶硫、无晶 形硫、胶体硫及其他形态的单质硫中的任意一种。
3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂选择乙炔黑、活性碳、有序 或无序介孔碳、碳纳米管、导电碳纤维、碳气凝胶、石墨烯、KS6或SP中的任意一种或几种。
4. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的导电剂经预处理，其中，所述预 处理是指将导电剂置于120°C的真空烘箱里干燥24h。
5. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的粘结剂选择聚偏氟乙烯、聚氧化 乙烯、聚丙烯酸、丙烯腈聚合物或羧甲基纤维素钠/丁苯橡胶的任意一种或几种。
6. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的快速加热升华是指将步骤1制备 的正极极片置于气氛炉中快速加热升华，加热温度150°C?300°C，保温时间Is?7200s，保 护气氛为氦气、氮气、氩气中的任意一种。
7. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的物理溶解是指将步骤1制备的正 极极片置于有机溶剂中，浸渍Is?3600s，温度20°C?80°C，所述有机溶剂选择CS2、DMF、 DMSO、THF、四氯化碳、甲苯中的任意一种或多种。
8. -种根据权利要求1所述的方法制备的多孔硫正极，其特征在于，该硫正极具有多 孔结构，其中，硫的重量含量为20%?90%。
9. 如权利要求8所述的多孔硫正极，其特征在于，所述硫正极中，硫的重量含量为 65% ?72%。
10. -种锂硫电池，其包括正极、负极，其特征在于，所述正极为权利要求8所述的具 有多孔结构的硫正极，负极是金属锂片、锂粉、锂合金、掺锂的碳、掺锂的石墨中的一种或多 种。
【文档编号】H01M4/13GK104362294SQ201410733795
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】李永, 郭瑞, 陈彪, 刘雯, 裴海娟, 解晶莹 申请人:上海空间电源研究所