[發明專利]一種氟化碳添加劑用于鋰硫電池的方法及其應用

在審

• 申請號: 201810986904.4
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109167040A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 霍峰蔚;高聰;李盛;邵夢;吳健生;鄭冰;張偉娜
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M6/52;H01M10/0525
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發明涉及一類可用作鋰硫電池正極材料的添加劑及其不同配比下的性能比較，屬于能源存儲領域。將氟化碳與活性物質硫、導電碳和粘結劑PVDF機械研磨進行復合制作鋰硫電池，利用氟化碳放電生成的氟摻雜碳來提升鋰硫電池的循環壽命和倍率性能。氟化碳作為鋰硫電池添加劑，不僅可以在正極提供額外的導電碳，而且氟摻雜碳還可以吸附多硫化鋰。使用該添加劑制備的鋰硫電池具有較高的容量，循環壽命較長，穩定的充放電效率，此外原料的易得和低成本，生產工藝的簡單性，反應過程無害化，這些優點有利于該方法應用于工業化實際生產。

技術領域

本發明涉及一類可用作鋰硫電池正極材料的添加劑及其不同配比下的性能比較，屬于能源存儲領域。

背景技術

在過去的幾十年中，鋰離子電池因其高的安全性，而被廣泛用于3C產品(計算機、通信和消費電子產品)。但是目前商用鋰離子電池的能量密度較低，只有無法滿足日益增長的新興大型能源儲存技術的需求，例如電動汽車和電網儲能等。在眾多先進的可充電電池體系中，鋰硫(Li-S)電池被廣泛關注且進行研究，因其具有高的理論比容量高的理論比能量(2500W h^-1)且硫在地球上非常豐富、廉價、無毒、環境友好。

雖然鋰硫電池具有如此多的優點，但也存在著許多的問題制約其商業化。這些問題如下所述：1)活性物質硫和放電最終產物硫化鋰是不導電的，這導致了硫的利用率低且比容量衰減較快；2)硫反應生成硫化鋰導致嚴重的體積膨脹，大概80％；3)反應中間產物長鏈多硫化鋰易溶于電解液，導致“穿梭效應”；4)鋰負極本身的諸多問題急需解決，例如鋰枝晶的生長。這些問題導致低的庫倫效率、容量快速降低和活性物質硫利用率低。因此提高導電性和鋰負極保護，原料來源廣泛，生產技術簡單的鋰硫電池顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的是以氟化碳為添加劑，開發高性能可商業化的鋰硫電池的方法，并且提供一種電極材料廢棄物廢物利用的方法，即Li/氟化碳一次電池用完后，產生正極廢料再鋰硫電池中起到提升電化學性能的作用。

為解決本發明的技術問題，本發明的技術方案是：氟化碳添加劑用于鋰硫電池的方法，將氟化碳加入到活性物質硫、導電碳和粘結劑PVDF配比為7:2:1的混合物中，進行機械研磨混合，混合后作為正極材料制作鋰硫電池，利用氟化碳放電生成的氟摻雜碳來提升鋰硫電池的循環壽命和倍率性能。

優選的，所述氟化碳包括氟化石墨、氟化焦炭、氟化碳纖維、氟化碳微球、氟化炭黑、氟化微晶石墨或氟化石墨微片。

優選的，將5-20％氟化碳添加劑加入到鋰硫電池中。

優選的，將10％氟化碳添加劑加入到鋰硫電池中。

優選的，所述氟化碳反應生成碳，增加流電極的導電性。

優選的，所述生成的氟摻雜碳可以吸附多硫化鋰，從而抑制多硫化鋰的穿梭效應，提高鋰硫電池的電化學性能。

優選的，所述鋰硫電池的充放電電壓為1.8-3.0V。

優選的，可作為能源存儲應用在計算機、通信和消費電子產品領域。

一種高性能鋰硫電池的制備方法，其制備過程如下：氟化碳(遠征集團)用作鋰硫電池的正極添加劑，單質硫用作鋰硫電池的正極活性物質。