[發明專利]一種鋰硫電池正極及其制備方法，鋰硫電池電芯及鋰硫電池

有效

• 申請號: 201710731511.4
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107863487B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 朱建楠;李肖肖;王楠;齊彬偉;李興旺
• 申請（專利權）人: 中航鋰電（洛陽）有限公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/052;H01M10/0585
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛

本發明涉及一種鋰硫電池正極及其制備方法，鋰硫電池電芯及鋰硫電池。鋰硫電池正極包括集流體和與集流體熔鑄復合的活性物質層，活性物質層由重量比為(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的鋁、多孔炭、硫組成。本發明提供的鋰硫電池正極，活性物質層與集流體熔鑄復合，活性物質層中的鋁形成導電金屬網絡，多孔炭用于填充硫，所得鋰硫電池正極的導電性和結構穩定性較現有鋰硫電池正極大大提高，可有效改善鋰硫電池的倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池用電極領域，具體涉及一種鋰硫電池正極及其制備方法， 鋰硫電池電芯及鋰硫電池。

背景技術

鋰硫電池是鋰離子電池的一種，其以硫元素作為電池的正極材料，具有重量 輕、容量大、無記憶效應等優點。鋰硫電池的比能量遠高于商業上廣泛應用的鋰 離子電池。并且，硫是一種環境友好元素，對環境基本沒有污染；鋰硫電池是一 種非常有前景的鋰離子電池。

鋰硫電池以金屬鋰為負極材料，采用液體電解質，放電時負極反應為鋰失去 電子變為鋰離子，正極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物，正極和負極反 應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正 極和負極反應逆向進行，即為充電過程。

申請公布號為CN105047856A的專利公開了一種鋰硫電池的陽極結構，其 包括層疊在鋁箔上的硫陽極、以及設置在硫陽極與浸漬有硫的碳結構層之間的碳 涂層；硫陽極包括硫、導體和粘合劑，浸漬有硫的碳結構層是與對電極分隔的聚 酯分隔膜；陽極結構內的硫的加載量分散于硫陽極和浸漬有硫的碳結構層。

現有的鋰硫電池電極，因粘結劑及電極材料的導電性問題一直難以實現快速 充放電，且在電池充放電過程中，電極材料隨著鋰離子的嵌入與脫嵌，存在體積 的膨脹與收縮，容易引起電極材料與集流體的開裂與剝落。上述因素導致現有鋰 硫電池的倍率性能和循環性能有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰硫電池正極，從而解決現有鋰硫電池存在的倍 率性能和循環性能差的問題。

本發明的第二個目的在于提供上述鋰硫電池正極的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種鋰硫電池電芯。

本發明的第四個目的在于提供使用上述鋰硫電池電芯的鋰硫電池。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種鋰硫電池正極，包括集流體和與集流體熔鑄復合的活性物質層，活性物 質層由重量比為(7.6±5.1)：2：(8±0.5)的鋁、多孔炭、硫組成。

本發明提供的鋰硫電池正極，活性物質層與集流體熔鑄復合，活性物質層中 的鋁形成導電金屬網絡，多孔炭用于填充硫，所得鋰硫電池正極的導電性和結構 穩定性較現有鋰硫電池正極大大提高，可有效改善鋰硫電池的倍率性能和循環性 能。

上述鋰硫電池正極的制備方法，包括以下步驟：

1)將鋁粉、多孔炭粉混合后壓制成型，得到活性物質坯塊；

2)將活性物質坯塊與集流體貼合后，在保護氣氛下，于900～1100℃下熔 鑄20～40min，得到熔鑄復合的集流體和活性物質層；

3)將熔鑄復合的集流體和活性物質層置于硫的二硫化碳飽和溶液中浸漬， 分離，烘干、冷卻，即得。

步驟1)中，鋁粉、多孔炭粉的振實體積之比為(2.8±1.9)：2。

步驟2)中，活性物質層的厚度為0.5mm～50mm。所述集流體為鋁板，厚 度為0.3～0.7mm。

步驟3)中，所述烘干的溫度為50～80℃，烘干的時間為2h～4h。