[發(fā)明專利]一種鋰硫電池的制造工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410206835.2
• 申請(qǐng)日: 2014-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN103985913A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋大余;李波;徐晨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋大余
• 主分類號(hào): H01M10/38
• 分類號(hào): H01M10/38;H01M4/04
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

1.一種鋰硫電池的制造工藝，其特征在于，包含如下的制造步驟：

1)含鋰鹽NMP溶液的電解質(zhì)制備：在合成的多硫化鋰的NMP溶液中，加入甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰，以多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的質(zhì)量比為78～81:6～8:11～8:5～3溶于NMP溶劑中，形成含多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的6～9％wt的NMP溶液；

2)正極材料制備：將聚丙烯腈樹脂微粉和硅藻土以質(zhì)量比36～39:64～61，加入高速混合攪拌器中，再加入6～24％wt/硅藻土的NMP溶劑，在充分?jǐn)嚢璧臈l件下，均勻混合成粘度粘膠泥，然后將粘膠泥根據(jù)鋰硫電池電極、電解質(zhì)的需要，制作成相應(yīng)形狀的塊狀材料，將塊狀材料置于經(jīng)過氮?dú)庵脫Q的高溫爐中，在適當(dāng)抽取真空的條件下，使塊狀粘膠泥成為只含有碳成份的塊狀硅藻土，經(jīng)過高溫處理的后浸入步驟1)所得鋰鹽NMP溶液中浸漬13～6min，取出后，高溫爐中，在適當(dāng)抽取真空的條件下，使塊狀硅藻土中的NMP溶劑充分揮發(fā)出來，這樣反復(fù)6～8次的浸漬和高溫蒸發(fā)出NMP，鋰硫電池正極材料；

3)負(fù)極材料的制備：將金屬鋰與成型的含碳硅藻土電極置入0.0998～0.0999Mpa的真空電加熱爐中，在溫度加熱到630～660℃的條件下，通過含碳的硅藻土的毛細(xì)孔吸附熔融的金屬鋰，在經(jīng)過一定時(shí)間的金屬鋰吸附完成后，在停止加熱的條件下，將吸附有金屬鋰的含碳硅藻土冷卻到常溫得到負(fù)極材料；

4)最后將含有多硫化鋰的正極材料和電解質(zhì)以及含有金屬鋰的負(fù)極材料樹脂注塑件組裝成鋰硫電池。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之鋰硫電池的制造工藝，其特征在于：包含如下的具體步驟：

1)在1L的316L不銹鋼反應(yīng)釜中，在不斷通入160～690ml/min氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，加入5.6～6.6mol工業(yè)優(yōu)級(jí)NMP，1.0mol工業(yè)優(yōu)級(jí)硫化鈉和0.001mol工業(yè)優(yōu)級(jí)氫氧化鈉，在160～690rpm攪拌條件下，緩慢的將反應(yīng)系的溫度升高到138～148℃，然后加入1.003mol工業(yè)優(yōu)級(jí)氯化鋰，繼續(xù)升高反應(yīng)體系的溫度到160～190℃，并在該溫度條件下，使反應(yīng)體系保溫6～9min,直到反應(yīng)體系中有細(xì)小的白色晶體析出時(shí)，同時(shí)將反應(yīng)體系中的水份蒸發(fā)除去，并停止加熱；

2)將1)得到的無水反應(yīng)體系在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下,趁熱過濾，將反應(yīng)體系中的白色晶體過濾出來，濾液重新加入反應(yīng)體系，反應(yīng)釜的攪拌強(qiáng)度為160～690rpm，加入4～8mol/mol硫化鋰的升華硫和去離子無氧水，待溫度上升到138～148℃，并在該溫度條件下回流保溫4～6h，直到反應(yīng)體系中無升華硫粉末時(shí)，停止對(duì)反應(yīng)體系加熱，同時(shí)將反應(yīng)體系的溫度緩慢的降到室溫，此時(shí)，反應(yīng)體系中析出少量淺黃色或白色的固體粉末；

3)將2)析出的淺黃色或白色固體粉末從反應(yīng)體系中過濾出來，測(cè)定多硫化鋰的質(zhì)量濃度，然后按照配方比加入甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰，并將溫度加熱到138～148℃，在該溫度條件下保溫9～16min,然后，冷卻至室溫待用；從而得到含多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的NMP溶液；

4)按配方中的聚丙烯腈樹脂微粉粉末與硅藻土，再加入16～18％wt/硅藻土的NMP溶劑，在充分?jǐn)嚢璧臈l件下，均勻混合成粘膠泥，經(jīng)過高速攪拌機(jī)充分混合均勻后，壓成160～660μm厚的薄片；

5)將4)所得的薄片置入溫度為240～260℃的高溫爐中，在適當(dāng)抽取負(fù)壓為0.084～0.094Mpa的真空的條件下，處理時(shí)間為18～33min后，再將薄片置入1280～1390℃的高溫爐中，在負(fù)壓為0.094～0.0998Mpa的條件下，處理116～138min，在無水蒸氣的常溫空氣室冷卻至常溫；以脫出聚丙烯腈樹脂分子鏈上的氫、氧原子；制得孔隙率為81～88％，孔徑為4～8um結(jié)構(gòu)含有碳的硅藻土薄片；

6)將5)得到的薄片置入3)含多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰26～39％wt的NMP溶液中，經(jīng)過浸漬9～18min取出后，將含有多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰、和NMP溶劑的塊狀硅藻土置于溫度為220～240℃的高溫爐中，在適當(dāng)抽取負(fù)壓為0.088～0.094Mpa的真空的條件下，處理時(shí)間為33～48min后，經(jīng)無水蒸氣的常溫空氣室冷卻至常溫，這樣就得到初次浸漬多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的硅藻土薄片；

7)將6)得到的薄片再置入含有多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰、的NMP溶液中，浸漬6～9min，再置入溫度為260～286℃的高溫爐中，在適當(dāng)抽取負(fù)壓為0.083～0.094Mpa的真空的條件下，處理時(shí)間為9～16min后，經(jīng)無水蒸氣的常溫空氣室冷卻至常溫，這樣就得到第二次浸漬多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的硅藻土薄片；

8)將7)得到的薄片采用7)步驟中的工藝條件，經(jīng)過反復(fù)6～8次的浸漬和高溫蒸發(fā)出NMP，使塊狀硅藻土中含有多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰18～21％wt，以作為鋰硫電池正極材料；

9)將3)制得的含多硫化鋰、甲氨基丁酸鋰、高氯酸鋰、磷酸鋰的NMP溶液置入160～186℃的真空攪拌器中，在真空度為0.048～0.066Mpa的條件下，當(dāng)其中的物料粘度到達(dá)18860～36940pa.s的條件下，停止對(duì)該物料加熱，然后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，從真空攪拌器中倒出，加入0.1～2.0mm厚的66x88cm的模具中，壓制成66x88cm的鋰硫電池電解質(zhì)薄片；

10)在真空度為0.0998～0.0999Mpa的條件下，將金屬鋰和含有碳的硅藻土電極置入真空電加熱爐中，在溫度上升到630～660℃時(shí)，將含碳的硅藻土電極置入熔融的金屬鋰熔液中，通過含碳硅藻土中的毛細(xì)孔吸附熔融的金屬鋰，經(jīng)過6～9min的吸附之后，使含碳的硅藻土的所有的毛細(xì)孔中充滿熔融的金屬鋰熔液，停止加熱，在保持真空的條件下，使充滿金屬鋰的含碳硅藻土電極冷卻至常溫待用；以作為鋰硫電池的負(fù)極材料；

11)將8)制作的鋰硫電池正極材料，和9)制作的鋰硫電池電解質(zhì)，以及10)制作的鋰硫電池的負(fù)極材料用聚苯硫醚樹脂注塑件組合成鋰硫電池。