[發明專利]電池正極及其制備方法與在鋰硫電池中的應用

有效

• 申請號: 201410478138.2
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104201339A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 趙金保;張義永
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/66;H01M4/38
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

1.電池正極，其特征在于設有金屬集流體、正極活性物質和黏合劑，所述正極活性物質通過黏合劑涂布在金屬集流體上，所述正極活性物質包括碳基/硫復合材料、導電劑。

2.如權利要求1所述電池正極，其特征在于所述碳基材料選自膨脹石墨、石墨烯、碳納米管、介孔碳、空心碳球、氧化石墨烯中的至少一種，優選膨脹石墨。

3.如權利要求1所述電池正極，其特征在于所述硫材料選自升華硫單質(S₈)、Li₂S_n、有機硫化合物、碳硫聚合物(C₂S_x)_n中的至少一種，在Li₂S_n中，n≥1；在(C₂S_x)_n中，x的范圍為2.5～50，且n≥2；優選升華硫單質(S₈)。

4.如權利要求1所述電池正極，其特征在于所述碳基/硫復合材料中按質量百分比，碳基的含量為20％～50％，硫的含量為50％～80％。

5.如權利要求1所述電池正極，其特征在于所述金屬集流體的金屬選自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Pt、Au中的一種元素的單質金屬或至少2種元素的合金，優選金屬銅或銅合金。

6.如權利要求1所述電池正極，其特征在于所述黏合劑采用聚1,1-二氟乙烯；所述導電劑可采用乙炔黑。

7.如權利要求1所述電池正極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1)先制備復合碳基/硫復合材料：

將碳基材料放入水中，超聲后得碳基材料分散液；再將硫和硫化鈉混合分散在水中，加入表面活性劑TX100，得到黃色多硫化物分散液；將黃色多硫化物分散液加入碳基材料分散液中，再次超聲后，加入鹽酸，得到碳基-硫化物混合液，在水浴下攪拌，真空抽濾，烘干后再加熱處理，得碳基/硫復合材料；

2)電池正極的制備：

將步驟1)制得的碳基/硫復合材料和導電劑混合并研磨得到正極活性物質粉末，再將正極活性物質粉末和黏合劑溶液混合，制備包括黏合劑涂層的正極活性物質粉體漿料，涂布在金屬集流體上，干燥除去溶劑后，即得電池正極。

8.如權利要求7所述電池正極的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述碳基材料和水的配比為(25～50)mg∶100mL，其中，碳基材料以質量計算，水以體積計算；所述水可采用去離子水；所述超聲的時間可為5h；所述硫、硫化鈉、水、表面活性劑TX100和鹽酸的配比可為(50～75)mg∶(50～75)mg∶100mL∶10mL∶10mL，其中，硫和硫化鈉以質量計算，水、表面活性劑TX100和鹽酸以體積計算；所述水可采用去離子水；所述表面活性劑TX100可采用質量濃度為1％的表面活性劑TX100；所述再次超聲的時間可為1h；所述水浴的溫度可為70℃，攪拌的時間可為1h；所述烘干的溫度可為60℃，所述加熱處理的溫度可為155℃，加熱處理的時間可為4h；當碳基材料采用膨脹石墨時，膨脹石墨由可膨脹石墨在管式爐中，空氣氣氛下，800℃下處理10s得到。

9.如權利要求7所述電池正極的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述碳基/硫復合材料和導電劑的質量比為(60～90)∶(0～30)，其中，導電劑不為0；所述干燥的條件可于60℃烘箱中真空干燥10～24h；所述涂布在金屬集流體上的厚度可為10～500μm。

10.如權利要求1～6任一所述電池正極在制備鋰硫電池中應用；所述鋰硫電池包括池體、負極、隔膜、電解液和所述電池正極；負極、隔膜和所述電池正極設在池體內，所述負極包括負極活性物質，所述負極活性物質選自鋰嵌入的材料、鋰合金材料和鋰金屬中的一種；隔膜設在負極與所述電池正極之間，池體內注入電解液；

所述電解液可包括電解質鹽、有機溶劑和添加劑，所述電解質鹽可選自六氟磷酸鋰，四氟硼酸鋰，六氟砷酸鋰，高氯酸鋰，三氟甲磺酸鋰，雙(三氟甲基)磺酰亞胺鋰中的至少一種；所述有機溶劑可選自苯，甲苯，乙醇，異丙醇，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基吡咯烷酮，四氫呋喃，乙酸二甲酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，碳酸乙酯，碳酸丙酯，γ-丁內酯，二甘醇二甲醚，四甘醇二甲醚，醚化合物，冠醚化合物，二甲氧基乙烷化合物，1,3-二氧戊環中的至少一種；所述添加劑可選自SO₂、NOx、CO₂、碳酸亞乙烯酯、乙酸乙烯酯、碳酸鋰、硝酸鋰中的至少一種；

所述隔膜可采用聚合物微孔膜，所述聚合物微孔膜可選自聚乙烯和聚丙烯微孔膜、聚乙烯和聚丙烯膜的多層微孔膜，以及上述材料表面改性之后的薄膜，所述上述材料表面改性之后的薄膜可選自陶瓷粉體涂覆在聚烯烴上的復合陶瓷隔膜，所述陶瓷粉體可選自氧化鋁陶瓷粉體或氧化硅陶瓷粉體。