[發明專利]一種鋰硫電池正極結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201210482976.8
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN103840125A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 張華民;王美日;張益寧;曲超;王倩;李婧;聶紅嬌
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種鋰硫電池用正極結構，其特征在于：所述正極結構是以集流體作為基底，在其上附著有兩層不同孔徑的碳硫復合物層，按順序依次為集流體、大孔徑碳硫復合物層、小孔徑碳硫復合物層；

大孔徑的碳硫復合物層厚度為50~500μm，小孔徑的碳硫復合物層厚度為10μm~200μm；

所述碳硫復合物是采用碳材料和硫材料制備而成，所述大孔徑碳硫復合物層中碳硫復合物采用的碳材料為大孔徑碳材料，所述小孔徑碳硫復合物層中碳硫復合物采用的碳材料為小孔徑碳材料；

大孔徑碳材料是指孔徑為大于100nm，小于1μm，其中孔體積占總孔容50-90%的碳材料；

小孔徑碳材料是指孔徑為0.5nm~100nm，其中孔體積占總孔容大于50~90%的碳材料。

2.根據權利要求1所述的正極結構，其特征在于，所述碳硫復合物層包括碳硫復合物、粘結劑，其中還可添加或不添導電劑，碳硫復合物、導電劑與粘結劑的質量比為1：（0~1）：（0.01~0.5）；碳硫復合物含硫量為10~95wt%。

3.根據權利要求1所述的正極結構，其特征在于，所述大孔徑碳材料的碳材料比表面為60-2000m²/g，小孔徑碳材料比表面為300-3000m²/g。

4.根據權利要求1或3所述的正極結構，其特征在于：所述的碳材料為活性炭、炭氣凝膠、石墨烯、氧化石墨、膨脹石墨、碳納米管、碳納米纖維、介孔碳中的一種或二種以上。

5.根據權利要求2所述的正極結構，其特征在于：所述的導電劑為乙炔黑、炭黑、石墨、碳納米管、碳納米纖維、介孔碳中的一種或二種以上。

6.根據權利要求2所述的正極結構，其特征在于：所述的粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸的一種或二種以上；

所述的集流體為泡沫碳、碳紙、碳布、泡沫鎳，鋁箔中的一種。

7.根據權利要求1所述的正極結構，其特征在于：所述碳硫復合物是采用碳材料和硫材料制備而成，硫材料為硫單質；所述的碳硫復合物的制備方法為機械混合法、溶液復合法、熔融法、原位反應復合法、凝膠沉淀復合法、氣相充硫法或減壓氣相充硫法中的一種。

8.一種權利要求1所述正極結構的制備方法，其特征在于：

(1)將采用大孔徑碳材料制備的碳硫復合物、導電劑與粘結劑按質量比為1：（0~1）：（0.01~0.5）加入到分散劑中，進行充分攪拌，其中，固體含量為5~50wt.%，得到漿料A;

(2)將漿料A均勻涂覆在集流體上，經干燥處理得到極片B；

(3)將采用小孔徑碳材料制備的碳硫復合物、導電劑與粘結劑按質量比1：（0~1）：（0.01~0.5）加入到分散劑中，進行充分攪拌，其中，固體含量為5~50%，得到漿料C；

(4)將漿料C均勻涂覆在極片B涂有漿料A的一面，經溫度為50℃~120℃條件下干燥，得到正極結構。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：所述的分散劑為N-甲基吡咯烷酮或水。

10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述的涂覆方法為刮涂法、噴涂法、絲網印刷法、輥壓法、激光打印法中的一種；所述干燥方式為鼓風干燥、真空干燥、加熱平臺敞開式干燥中的一種。