[發明專利]一種集流體、電極和隔膜一體化結構和半液態鋰硫電池

有效

• 申請號: 201610071178.4
• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN107026269B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 李峰;方若翩;趙石永;劉暢;侯鵬翔;裴嵩峰;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/66;H01M10/052
• 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

1.一種集流體、電極和隔膜一體化結構，其特征在于：該一體化結構為碳層/聚合物復合結構，是將與多硫化物具有強相互作用的碳材料與高導電石墨烯按照1:（0.01~1）的重量比例均勻分散在乙醇中形成漿料后，再通過抽濾或涂覆方式將漿料復合到聚合物隔膜上，烘干后獲得所述一體化結構；所述與多硫化物具有強相互作用的碳材料為鎳-氮摻雜碳納米片；

所述高導電石墨烯的層數為3~10層，片層尺寸為10~100μm，純度大于95%，其電導率為600~1000 S·cm^-1；所述高導電石墨烯在所述碳層中的重量含量為50~95%；

所述鎳-氮摻雜碳納米片的制備過程為：以含氮有機物為碳源和氮源，鎳鹽為鎳源，通過溶膠凝膠法獲得鎳-氮摻雜碳納米片；所述含氮有機物為三聚氰胺、尿素、吡咯和苯胺中的一種或兩種，所述鎳鹽為醋酸鎳或氯化鎳；所述鎳-氮摻雜碳納米片中，鎳元素含量為2~60wt.%，氧元素含量為1~10wt.%，氮元素含量為1~30wt.%，碳納米片層數為單層、少數層和/或多層。

2.根據權利要求1所述的集流體、電極和隔膜一體化結構，其特征在于：所述碳層/聚合物復合結構中，碳層的厚度為1μm~500μm，碳層的質量密度為0.2mg/cm²~100mg/cm²。

3.根據權利要求1所述的集流體、電極和隔膜一體化結構，其特征在于：所述碳層/聚合物復合結構中，聚合物隔膜為聚乙烯或聚丙烯，單片聚合物隔膜的面積≥1m²。

4.一種利用權利要求1所述的一體化結構制備的半液態鋰硫電池，其特征在于：在所述一體化結構的碳層上添加多硫化物電解液，以金屬鋰片為對電極，即組裝成半液態鋰硫電池。

5.根據權利要求4所述的半液態鋰硫電池，其特征在于：所述多硫化物電解液是由電解液溶劑、溶質、添加劑和多硫化物組成，其中：電解液溶劑為體積比為1：1的1，3-二氧戊環和1,2-二甲氧基乙烷，溶質為1~10mol/L的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，添加劑為0.1~2mol/L的LiNO₃；電解液中的多硫化物Li₂S_n摩爾濃度為0.1~10 mol/L，Li₂S_n中的n=4~8；通過調節多硫電解液的濃度及其在碳層中的添加量，能夠使電極中硫的負載量為1mg/cm²~50 mg/cm²。