一种柔性锂-硫电池正极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学和功能材料领域，涉及碳纳米管、纸纤维、硫的溶解与吸附及三者的分散混合技术。
【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，但循环性能差是制约其实用化的主要障碍。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(锂和硫的理论比容量分别为3860mAh / g和1675 mAh / g)，远大于现阶段所使用的商业化二次电池，单质硫廉价、环境友好的特性又使该体系极具商业价值。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，使用纳米分散技术和传统造纸技术，将碳纳米管、纸纤维和硫三组分组合在一起，通过造纸技术制成锂-硫电池正极所用包含碳纳米管、纸纤维和硫的片状板材，扎制和裁剪后用于制造各种规格锂-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)碳纳米管经3000°C高温石墨化处理，然后将石墨化后的碳纳米管加入到蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮等溶剂中，再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纸纤维粉碎和打散，制成纸纤维浆料。
[0007](3)将碳纳米管分散液和纸纤维浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0008](4)将硫溶解在苯或二流化碳等有机溶剂中，调节硫在有机溶剂中的溶度至5%-40%o
[0009](5)将真空干燥后的碳纳米管-纸纤维复合导电纸浸入步骤(4)的硫的有机溶剂溶液中，待硫溶液对复合导电纸充分润湿后，取出吸附了硫溶液的纸张，再经真空干燥处理。
[0010](6)干燥后的碳纳米管-纸纤维-硫三元正极材料在经过扎制和裁剪制成锂-硫电池正极极片。
[0011]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，简化了锂-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。
[0012]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；用作锂电池正极。
【附图说明】
[0013]附图1为本发明的正极极片的SEM照片。
[0014]
【具体实施方式】
[0015]本发明将通过以下实施例作进一步说明。
[0016]实施例1。
[0017](I)取经3000°C高温石墨化处理的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。
[0018](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，制成纸纤维浆料。
[0019](3)将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0020](4)真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
[0021](5)配置含5%硫的苯溶液，然后将复合导电纸浸入苯溶液中10小时，取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。
[0022]实施例2。
[0023](I)取经3000°C高温石墨化处理的2克碳纳米管加入500ml乙醇中，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。
[0024](2)将I克纸纤维加入500ml I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，制成纸浆。
[0025](3)将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0026](4)真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
[0027](5)配置含20%硫的二硫化碳溶液，然后将复合导电纸浸入溶液中16小时，取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。
[0028]实施例3。
[0029](I)取经3000°C高温石墨化处理的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。
[0030](2)将I克纸纤维加入500ml I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，制成纸浆。
[0031](3)将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
[0032](4)真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
[0033](5)配置含20%硫的苯溶液，然后将复合导电纸浸入苯溶液中18小时，然后取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。
【主权项】
1.一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，其特征是按以下步骤: (1)碳纳米管经3000°C高温石墨化处理，然后将石墨化后的碳纳米管加入到蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮溶剂中，再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纸纤维粉碎和打散，制成纸纤维浆料； (3)将碳纳米管分散液和纸纤维浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分；(4)将硫溶解在苯或二流化碳有机溶剂中，调节硫在有机溶剂中的溶度至5%-40%； (5)将真空干燥后的碳纳米管-纸纤维复合导电纸浸入步骤(4)的硫的有机溶剂溶液中，待硫溶液对复合导电纸充分润湿后，取出吸附了硫溶液的纸张，再经真空干燥处理； (6)干燥后的碳纳米管-纸纤维-硫三元正极材料在经过扎制和裁剪制成锂-硫电池正极极片。
【专利摘要】一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，按以下步骤：首先碳纳米管石墨化后加入蒸馏水、乙醇等溶剂中，剪切和分散得碳纳米管分散液；将纸纤维粉碎和打散，得纸纤维浆料；两者均匀混合，真空抽滤，制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，真空干燥。将硫溶解在苯或二流化碳溶剂中，调硫溶度为5%-40%；将上述复合导电纸浸入硫溶剂溶液中充分润湿，取出、真空干燥，扎制和裁剪成锂-硫电池正极极片。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。
【IPC分类】H01M4/62, H01M4/139, H01M4/80, H01M4/66
【公开号】CN104979527
【申请号】CN201510230888
【发明人】孙晓刚, 吴小勇, 刘珍红, 聂艳艳, 庞志鹏, 岳立福
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月8日