5)本发明制备的硫正极复合电极具有良好的柔韧性，弯折角可实现0°?180°，可对折且不会留折痕，弯折处的活性物质不会脱落，满足用于需要卷绕的圆柱电池和软包装电池的电芯的要求。
[0024](6)本发明提出的可折叠硫正极复合电极的原材料易得，制备工艺简洁，能完全匹配现有的锂离子电池的生产线，适用于工业化大批量生产。
[0025]
【附图说明】
[0026]图1为可折叠硫正极复合电极的光学照片。
[0027]图2为可折叠硫正极复合电极的SEM图。
[0028]图3为组装成电池循环测试过后的可折叠硫正极复合电极的(a)SEM图，(b)电极截面的硫元素分布图。
[0029]图4为可折叠硫正极复合电极和传统硫电极的循环性能图。
[0030]
【具体实施方式】
[0031]以下实施例结合附图旨在对本
【发明内容】
做进一步详细说明，但不限制本发明的保护范围。
[0032]实施例1:
将碳纤维布用去离子水超声清洗101^11，然后在801鼓风烘箱中干燥811。按7:2:1的比例称量升华硫、super P、PVDF，先将PVDF溶解在N-甲基吡咯烷酮中，随后往溶液中加入super P、升华硫，用玻璃棒搅拌，再滴加N-甲基吡咯烷酮，调节浆料稠度，随后将调好的浆料用球磨机低速球磨2h，使其分散均匀。
[0033]将碳纤维布平铺固定在玻璃板上，用玻璃棒贴着碳纤维布的表面将得到的浆料均匀刮涂进其内部，涂布好的极片随后60°C鼓风烘干3h。将极片通过对辊机压实，将其放置在
60°C的真空烘箱中24h，得到可折叠硫正极复合电极。极片的单位面积载硫量约为4 mg.cm
-2
O
[0034]用冲片机将复合电极裁成直径为14mm的圆片，称量其重量后，再将其转入真空烘箱中除去多余水分。电池的组装在充满氩气的手套箱中进行，组装的电池是型号为CR2025的扣式电池，负极用16mm锂片，隔膜用Ce I gard 2500。电解液滴加的量为60yL，所采用的电解液是浓度为I mol.L—1的双三氟甲基磺酸酰亚胺锂(LiTFSI)和2 wt°/c^LiNi03溶解在体积比为1:1的I，3-二氧五环(D0L)和乙二醇二甲醚(DME)的混合物溶剂中。将组装的电池用新威充放电测试仪进行恒流充放电，充放电电压范围为1.8V-2.6V，先用0.05C小电流化成2圈，随后用0.2C测试电池的循环稳定性。
[0035]图1是制备的可折叠硫正极复合电极的光学照片，可以看出复合电极的均匀性，和其柔软性，是完全可以满足对折的，且不会留下折痕，弯折处的活性物质不会脱落。如图2所示，扫描电镜观察表明，活性物质在三维导电结构中分散均匀。如图3所示，循环后的复合电极与碳纤维结合紧密，极片截面的能谱分析进一步表明，硫元素在三维碳纤维布中是连续、均匀的分布的。
[0036]如图4所示，可折叠硫正极复合电极组装的电池在0.05C的小电流下，初始放电比容量高达1450mAh.g—1，随后第三圈0.2C的放电容量为980 mAh.g—1，100圈后的容量保持率高达98%。显示该复合电极具有高的放电比容量和容量保持率。
[0037]实施例2:
碳纤维布的处理与实施例1相同。由于碳纤维布能形成良好的导电网络，因此导电炭黑的量可以调低，且三维空间容纳硫不易发生脱落，因此也可以减小粘结剂的比例，使原料更省，活性物质的含量更高。按80:13:7的比例称量升华硫、乙炔黑、PVDF。活性物质的调浆与实施例1相同。
[0038]将碳纤维布平铺固定在玻璃板上，用玻璃棒贴着碳纤维布的表面将得到的浆料均匀刮涂进其内部，将极片60°C鼓风烘干Ih后在反面再用玻璃棒刮涂一层浆料，随后将双面涂布好的极片60°C鼓风烘干3h。将极片通过对辊机压实，将其放置在60°C的真空烘箱中24h，得到可折叠硫正极复合电极。极片的单位面积载硫量约为9 mg.cm—2。
[0039]组装电池时，采用该复合电极为正极，铜锂复合带为负极，其他电池的组装与测试与实施例1相同。
[0040]对比例1:
采用传统的正极集流体铝箔，活性物质中硫的含量与活性物质的调浆与实施例1相同。[0041 ]将铝箔擦净后贴在玻璃板上，用间隙为150μπι的刮刀将浆料均匀涂布在铝箔上，涂布好的极片随后60°C鼓风烘干3h。将极片通过对辊机压实，将其放置在60°C的真空烘箱中24h，得到传统的硫正极片。极片的单位面积载硫量为<1.5 mg.cm—2。
[0042]组装电池时，采用该传统硫电极为正极，锂片为负极，电解液滴加的量为50yL，其他电池的组装与测试与实施例1相同。
[0043I如图4所示，传统的硫电极组装的电池在0.05C的小电流下，初始放电比容量不到900mAh.g—1，随后第三圈0.2C的放电容量为635mAh.g—1，100圈后的容量保持率仅有67%。
[0044]本发明提出的可折叠硫正极复合电极结构可以通过改善正极的导电性，提高硫活性物质的利用率来提高比容量，通过三维空间的特性负载更多的硫，提高电池的能量密度，还可以通过碳纤维的吸附性和碳纤维布良好的空间结构提高电池的循环稳定性和容量保持率。
【主权项】
1.一种可折叠硫正极复合电极结构，其特征在于，包括柔性可折叠的三维碳纤维布基体与正极活性物质，所述正极活性物质分布于三维碳纤维布基体内，所述正极活性物质包括硫基活性材料、导电剂和粘结剂，硫元素在正极活性物质中的质量含量不低于70%;所述复合电极载硫的质量面密度为3~15 mg.cm—2。2.根据权利要求1所述的可折叠硫正极复合电极结构，其特征在于，所述三维碳纤维布的编织密度为15?70 ends.lOcm—S厚度为80?500μπι，重量为7?35 mg.cm—2，平面电阻为5?30Ohm.cm—1，垂直电阻在8 Ohm以内，比表面积为700?1500 n^.g—1。3.根据权利要求1所述的可折叠硫正极复合电极结构，其特征在于，所述硫基活性材料为单质硫、硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物、硫/无机氧化物复合物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的可折叠硫正极复合电极结构，其特征在于，所述可折叠硫正极复合电极的制备方法是简单的涂布法，将粘结剂溶解在N-甲基吡咯烷酮中，将导电剂和硫基活性材料添加到该溶剂中并使之均匀地分散于其中，以形成活性物质浆料，调节浆料的稀稠度，用涂布机或玻璃棒贴着导电碳纤维布的表面，控制涂布的速度，将得到的活性物质浆料均匀刮涂进碳纤维布的内部，活性物质进入碳纤维布的内部空间；极片的硫负载量通过浆料的稀稠度和涂布的速度来调控。5.根据权利要求1所述的可折叠硫正极复合电极结构，其特征在于，所述的可折叠硫正极复合电极具有柔韧性，弯折角为0°?180°，可对折且不会留折痕，弯折处的活性物质不会脱落。
【专利摘要】本发明公开了一种可折叠硫正极复合电极结构。可折叠硫正极复合电极结构包括柔性可折叠的三维碳纤维布基体与正极活性物质，所述正极活性物质分布于三维碳纤维布基体内，所述正极活性物质包括硫基活性材料、导电剂和粘结剂，硫元素在正极活性物质中的质量含量不低于70%。具有该复合电极结构的正极大大改善了传统硫电极导电性差、容量衰减快的问题，同时复合电极的载硫量高，能量密度大，柔软可折叠，完全可以满足商品电池如圆柱电池或软包装电池电芯的卷绕要求。本发明提出的可折叠硫正极复合电极的原材料易得，制备工艺简洁，能完全匹配现有的锂离子电池的生产线，适用于工业化大批量生产。
【IPC分类】H01M4/66, H01M4/62, H01M4/139, H01M10/052, H01M4/13, H01M4/38
【公开号】CN105552302
【申请号】CN201610080726
【发明人】孟跃中, 何娜, 肖敏, 韩东梅, 王拴紧
【申请人】中山大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月4日