一种氟化碳添加剂用于锂硫电池的方法及其应用与流程

本发明涉及一类可用作锂硫电池正极材料的添加剂及其不同配比下的性能比较，属于能源存储领域。

背景技术：

在过去的几十年中，锂离子电池因其高的安全性，而被广泛用于3c产品(计算机、通信和消费电子产品)。但是目前商用锂离子电池的能量密度较低，只有无法满足日益增长的新兴大型能源储存技术的需求，例如电动汽车和电网储能等。在众多先进的可充电电池体系中，锂硫(li-s)电池被广泛关注且进行研究，因其具有高的理论比容量高的理论比能量(2500wh^-1)且硫在地球上非常丰富、廉价、无毒、环境友好。

虽然锂硫电池具有如此多的优点，但也存在着许多的问题制约其商业化。这些问题如下所述：1)活性物质硫和放电最终产物硫化锂是不导电的，这导致了硫的利用率低且比容量衰减较快；2)硫反应生成硫化锂导致严重的体积膨胀，大概80％；3)反应中间产物长链多硫化锂易溶于电解液，导致“穿梭效应”；4)锂负极本身的诸多问题急需解决，例如锂枝晶的生长。这些问题导致低的库伦效率、容量快速降低和活性物质硫利用率低。因此提高导电性和锂负极保护，原料来源广泛，生产技术简单的锂硫电池显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是以氟化碳为添加剂，开发高性能可商业化的锂硫电池的方法，并且提供一种电极材料废弃物废物利用的方法，即li/氟化碳一次电池用完后，产生正极废料再锂硫电池中起到提升电化学性能的作用。

为解决本发明的技术问题，本发明的技术方案是：氟化碳添加剂用于锂硫电池的方法，将氟化碳加入到活性物质硫、导电碳和粘结剂pvdf配比为7:2:1的混合物中，进行机械研磨混合，混合后作为正极材料制作锂硫电池，利用氟化碳放电生成的氟掺杂碳来提升锂硫电池的循环寿命和倍率性能。

优选的，所述氟化碳包括氟化石墨、氟化焦炭、氟化碳纤维、氟化碳微球、氟化炭黑、氟化微晶石墨或氟化石墨微片。

优选的，将5-20％氟化碳添加剂加入到锂硫电池中。

优选的，将10％氟化碳添加剂加入到锂硫电池中。

优选的，所述氟化碳反应生成碳，增加流电极的导电性。

优选的，所述生成的氟掺杂碳可以吸附多硫化锂，从而抑制多硫化锂的穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。

优选的，所述锂硫电池的充放电电压为1.8-3.0v。

优选的，可作为能源存储应用在计算机、通信和消费电子产品领域。

一种高性能锂硫电池的制备方法，其制备过程如下：氟化碳(远征集团)用作锂硫电池的正极添加剂，单质硫用作锂硫电池的正极活性物质。

制备锂硫电池的方法，首先按照活性物质：导电剂：粘结剂质量比为7：2：1将正极材料硫，导电剂superp和聚偏二氟乙烯机械研磨后，再向研磨后的混合物中加入0/5/10/20％的氟化碳，在溶剂n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，混合均匀获得分散均一的浆料，然后将均匀的涂覆在涂炭铝箔上。然后将制作好的电极片在60℃普通干燥箱中烘干12h，再转移到60℃的真空烘箱中烘干12h。以金属锂片为负极，1.0mlitfsi,5％lino3dme:dol＝1：1vol％为电解液，隔膜使用商业化的celgar2400隔膜，电池壳型号为2025，在手套箱(氧含量小于0.5ppm，水含量小于0.5ppm)中组装纽扣电池。

电池组装完成之后在电池测试仪(武汉蓝电电池测试系统)上进行倍率充放电循环测试，工作电压1.8-3v，数据采集完成之后通过origin数据处理软件进行绘图，分析。

有益效果：

氟化碳作为锂硫电池添加剂，不仅可以在正极提供额外的导电碳，而且氟掺杂碳还可以吸附多硫化锂。使用该添加剂制备的锂硫电池具有较高的容量，循环寿命较长，稳定的充放电效率，此外原料的易得和低成本，生产工艺的简单性，反应过程无害化，这些优点有利于该方法应用于工业化实际生产。

氟化碳已被用作商业化一次锂电池，其放电时会产生lif和c(氟掺杂碳)，这样不仅造成浪费和污染，而且这样还增加其成本。基于此，我们想利用氟化碳的放电产物来提升锂硫电池的电化学性能，主要原理是，氟化碳作为添加剂，将其与硫混匀做成浆料，然后做成电极片，在锂硫电池第一个放电过程中，氟化碳生成lif和c，且这是一个不可逆的过程，这也就相当于在正极增加了导电碳，而氟掺杂碳可以吸附多硫化锂，抑制多硫化锂的穿梭效应。这样不仅可以大大提升了锂硫电池的电化学性能，而且也可以降低锂硫电池的成本。

附图说明

图1为氟化碳x射线衍射图。

图2为氟化碳作为添加剂和无添加剂的锂硫电池长循环性能图。

图3为氟化碳作为添加剂和无添加剂的锂硫电池倍率性能图。

图4为氟化碳作为添加剂和无添加剂的锂硫电池倍率循环后的阻抗。

具体实施方式

以下结合具体实施示例，旨在进一步说明本发明而非限制本发明。

实施例1

称取5mg氟化碳，70mg硫，20mg导电剂superp，10mg聚偏二氟乙烯在溶剂n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，将均匀的涂覆在涂炭铝箔上，然后将制作好的电极片在60℃普通干燥箱中烘干12h，再转移到60℃的真空烘箱中烘干12h。以金属锂片为负极，1.0mlitfsi,5％lino3dme:dol＝1：1vol％为电解液，隔膜使用商业化的celgar2400隔膜，电池壳型号为2025，在手套箱(氧含量小于0.5ppm，水含量小于0.5ppm)中组装纽扣电池。

电池组装完成之后在电池测试仪(武汉蓝电电池测试系统)上进行倍率充放电循环测试，工作电压1.8-3v，数据采集完成之后通过origin数据处理软件进行绘图，分析。

当电池在蓝电系统上用0.1c充放电时，首圈放电比容量达719.8mahg^-1,接着用0.5c充放电时，第三圈放电比容量508.4mahg^-1,在150圈后，放电比容量还达到464.2mahg^-1；当用1c充放电时，首圈比容量为439.3mahg^-1,400圈后，比容量还剩248.5mahg^-1；倍率后的阻抗为6ω。

实施例2

称取10mg氟化碳，70mg硫，20mg导电剂superp，10mg聚偏二氟乙烯在溶剂n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，将均匀的涂覆在涂炭铝箔上，然后将制作好的电极片在60℃普通干燥箱中烘干12h，再转移到60℃的真空烘箱中烘干12h。以金属锂片为负极，1.0mlitfsi,5％lino3dme:dol＝1：1vol％为电解液，隔膜使用商业化的celgar2400隔膜，电池壳型号为2025，在手套箱(氧含量小于0.5ppm，水含量小于0.5ppm)中组装纽扣电池。

电池组装完成之后在电池测试仪(武汉蓝电电池测试系统)上进行倍率充放电循环测试，工作电压1.8-3v，数据采集完成之后通过origin数据处理软件进行绘图，分析。

电池在蓝电系统上用0.1c充放电时，首圈放电比容量达901.3mahg^-1,接着用0.5c充放电时，第三圈放电比容量577.3mahg^-1,在150圈后，放电比容量还达到508.3mahg^-1；当用1c充放电时，首圈比容量为486.9mahg^-1,400圈后，比容量还剩338.4mahg^-1。

实施例3

称取20mg氟化碳，70mg硫，20mg导电剂superp，10mg聚偏二氟乙烯在溶剂n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，将均匀的涂覆在涂炭铝箔上，然后将制作好的电极片在60℃普通干燥箱中烘干12h，再转移到60℃的真空烘箱中烘干12h。以金属锂片为负极，1.0mlitfsi,5％lino3dme:dol＝1：1vol％为电解液，隔膜使用商业化的celgar2400隔膜，电池壳型号为2025，在手套箱(氧含量小于0.5ppm，水含量小于0.5ppm)中组装纽扣电池。

电池组装完成之后在电池测试仪(武汉蓝电电池测试系统)上进行倍率充放电循环测试，工作电压1.8-3v，数据采集完成之后通过origin数据处理软件进行绘图，分析。

电池在蓝电系统上用0.1c充放电时，首圈放电比容量达862.5mahg^-1,接着用0.5c充放电时，第三圈放电比容量616.2mahg^-1,在150圈后，放电比容量还达到488.1mahg^-1；当用1c充放电时，首圈比容量为555.4mahg^-1,400圈后，比容量还剩346.9mahg^-1；倍率后阻抗为2ω。

本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。