[發明專利]一種鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201410208703.3
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN105098143B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 李峰;聞雷;李璐;周光敏;馬超群;任文才;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/13
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 許宗富,周秀梅

1.一種鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：所述正極結構包括三維連通的石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫和碳/硫活性物質層，其中：所述石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫是由具有自修復能力的高分子聚合物層包覆三維連通的石墨烯泡沫而形成，所述石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫內填充所述碳/硫活性物質層；該正極結構的制備包括如下步驟：

(1)高分子聚合物稀釋液的配制：將聚二甲基硅氧烷與二丁基二月桂酸錫的混合物按照1:(1-50)的體積比例稀釋于乙酸乙酯得到高分子聚合物稀釋液；

(2)石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫的制備：首先，將步驟(1)中所述高分子聚合物稀釋液通過噴涂、旋涂或提拉浸漬的方式填充到包含金屬基體的石墨烯泡沫中，然后在60-120℃條件下反應2h-12h，再去除金屬基體后，即得到由具有自修復能力的高分子聚合物層包覆石墨烯泡沫的石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫；

(3)填充碳/硫活性物質層：將碳/硫活性物質漿料采用刮刀均勻涂覆、抽濾或直接填灌入步驟(2)中所得石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫的孔隙中，所述碳/硫活性物質漿料是由單質硫、碳材料及粘結劑按照(4-8):(1-5):1的質量比例混合組成；然后在30-90℃干燥0.5-24h，從而在所述石墨烯/高分子聚合物柔性泡沫中填充碳/硫活性物質層，形成鋰硫電池三維柔性高硫負載自修復正極。

2.根據權利要求1所述的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述包含金屬基體的石墨烯泡沫為三維全連通的網絡結構，其制備過程為：以多孔金屬為模板，采用化學氣相沉積方法在金屬基體表面生長一層石墨烯薄膜，得到包含金屬基體的石墨烯泡沫；化學氣相沉積反應過程中：碳源為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、環己烷、乙醇、甲醇、丙酮和一氧化碳中的一種或幾種，碳源流速為1-100毫升/分鐘；載氣為氫氣，或者載氣為氫氣與惰性氣體的混合氣，載氣總流速為1-2000毫升/分鐘；反應溫度為500-1100℃，生長時間為1-60分鐘，反應結束后冷卻速度為5-600℃/分鐘。

3.根據權利要求2所述的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：采用的金屬基體可為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鐵或泡沫鈷，其孔徑分布在50-200PPI，面密度為50-1000g/m²。

4.根據權利要求1所述的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，采用金屬基體的溶解液溶解去除多孔金屬模板骨架，所述金屬基體的溶解液為硫酸、鹽酸、硝酸或氯化鐵的水溶液，其濃度為0.1-5mol/L；溶解反應溫度為20-90℃。

5.根據權利要求1所述的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：將單質硫、碳材料及粘結劑混合的方式為機械混合、球磨或超聲混合。

6.根據權利要求1或5所述的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構的制備方法，其特征在于：所述碳材料為石墨、導電炭黑、中孔碳、微孔碳球、層次孔碳、活性碳、碳納米管、碳纖維、富勒烯和石墨烯中的一種或幾種，所述粘結劑為聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇和改性丁苯橡膠的一種或幾種。

7.一種按權利要求1所述方法制備的鋰硫電池柔性高硫負載自修復正極結構。