[發(fā)明專利]一種鋰硫電池多層復(fù)合正極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310048192.9
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103972467A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李峰;周光敏;宋仁升;裴松峰;黃坤;李璐;成會(huì)明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/66;H01M2/16;H01M4/139;H01M10/052
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

1.一種鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：該多層復(fù)合正極由四層復(fù)合而成，依次為：第一石墨烯薄膜層、碳/硫活性物質(zhì)層、第二石墨烯薄膜層和聚合物層；其中：所述第一石墨烯薄膜層是將石墨烯片在溶劑中或含表面活性劑的溶劑中超聲分散0.5-2h，然后抽濾成膜獲得；所述碳/硫活性物質(zhì)層是由單質(zhì)硫、碳材料及粘結(jié)劑以(4～8):(1～5):1的重量比例混合組成；所述第二石墨烯薄膜層是將石墨烯片在溶劑中超聲分散0.5-2h后抽濾到聚合物層上獲得；所述聚合物層為孔徑分布范圍為10～1000nm的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜、聚偏氟乙烯隔膜或纖維素復(fù)合膜隔膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述第一石墨烯薄膜層其膜層厚度為5～50μm，電導(dǎo)率為600～900S/cm；所述第二石墨烯薄膜層厚度為0.5～10μm；所述碳/硫活性物質(zhì)層的厚度為5～100μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述石墨烯片的層數(shù)在10層以下、橫向尺寸在1微米以上，碳氧比在20以上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述石墨烯片的層數(shù)3～8層、橫向尺寸5～50微米，碳氧比20～120。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述溶劑為醇類、酮類、醛類、有機(jī)酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉或十六烷基三甲基溴化銨，表面活性劑的溶液濃度為0.1-5wt%。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述碳/硫活性物質(zhì)層中的碳材料為導(dǎo)電炭黑、中孔碳、微孔碳球、層次孔碳、活性碳、空心碳球、碳納米管、碳纖維、富勒烯或石墨烯；所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇或改性丁苯橡膠；將單質(zhì)硫、碳材料及粘結(jié)劑混合的方式為機(jī)械混合、球磨或超聲混合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極，其特征在于：所述鋰硫電池多層復(fù)合正極中，石墨烯含量為10～20wt%，單質(zhì)硫含量為50～60wt%，導(dǎo)電碳材料及粘結(jié)劑含量為10～20wt%，其余為聚合物，整個(gè)正極容量在0.2C時(shí)大于900mAh·g^-1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）在第一石墨烯薄膜層的一個(gè)表面上均勻鋪上碳/硫活性物質(zhì)漿料，然后采用刮刀均勻涂覆后干燥，干燥溫度為30～120℃，干燥的時(shí)間為0.5～24h，從而在第一石墨烯薄膜層的一個(gè)表面上形成碳/硫活性物質(zhì)層。

（2）將石墨烯在溶劑中超聲分散0.5-2h后抽濾到聚合物層上，獲得第二石墨烯薄膜層與聚合物層的復(fù)合薄膜，然后將復(fù)合薄膜中的第二石墨烯薄膜層與碳/硫活性物質(zhì)層疊加形成鋰硫電池多層復(fù)合正極。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰硫電池多層復(fù)合正極的制備方法，其特征在于：所述碳/硫活性物質(zhì)漿料是由單質(zhì)硫、碳材料及粘結(jié)劑按(4～8):(1～5):1的重量比例混合組成。