[發明專利]以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極及制備和應用

在審

• 申請號: 201811257374.6
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN111106309A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 張洪章;賈子陽;李先鋒;張華民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0567
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極，由有機高分子樹脂、氟化碳、導電劑與碳/硫復合物組成或有機高分子樹脂、氟化碳與碳/硫復合物；氟化碳的質量占電極總質量的1％～60％；碳硫復合物占電極總質量的30％～90％；有機高分子樹脂的質量占電極總質量的2wt％～10wt％；導電劑占電極總質量的0wt％～10wt％；碳硫復合物中硫含量為50wt％～90wt％。

2.根據權利要求1所述碳硫復合電極，其特征在于：氟化碳的質量占電極總質量的15％～25％；碳硫復合物占電極總質量的70％～80％；有機高分子樹脂的質量占電極總質量的5wt％～10wt％；導電劑占電極總質量的0～10wt％；碳硫復合物中硫含量為70wt％～80wt％。

3.根據權利要求1或2所述碳硫復合電極，其特征在于：所述有機高分子樹脂為聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)，聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)中的一種或二種以上。

4.根據權利要求1或2所述碳硫復合電極，其特征在于：所述碳/硫復合物為碳納米管、石墨烯、碳納米纖維、BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭或其相關修飾或活化的碳材料中的一種或二種以上與硫的復合物中的一種或二種以上，硫分布于碳材料表面和孔隙內，碳硫復合物中硫含量為50wt％～90wt％。

5.根據權利要求1或2所述碳硫復合電極，其特征在于：所述導電劑為商業化碳納米管、石墨烯、碳納米纖維、BP2000、KB600、KB300、XC-72、Super-P、乙炔黑、活性炭中的一種或二種以上。

6.根據權利要求1或2所述碳硫復合電極，其特征在于：所述氟化碳材料選自碳材料經氟化后得到的氟化碳材料，或其他方法制備的氟化碳材料；

所述氟化碳材料中的碳材料選自石墨、石油焦、碳納米管、碳纖維、石墨烯中的一種或二種以上；

所述氟化碳材料的主體為CF_x，x＝0.1～1.2。

7.根據權利要求1或2所述碳硫復合電極，其特征在于：碳硫復合物為連續相，氟化碳顆粒被碳硫復合物顆粒包裹，分布于碳硫復合物連續相內。

8.一種權利要求1-7任一所述以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極的制備方法，其特征在于：以一種或兩種以上有機高分子樹脂、氟化碳、導電劑與碳/硫復合物于有機溶劑中混合，刮涂在集流體上，干燥后得到以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于：所述碳硫復合電極可按如下過程制備而成，

(1)將有機高分子樹脂有機溶劑中，在溫度為20～100℃下攪拌0.5～2h，形成相應的高分子溶液；

再于上述溶液中加入氟化碳、導電劑和碳/硫復合物在溫度為20～50℃下充分攪拌2～10h，而終制成共混溶液；其中固含量為5～30wt％之間；

(2)將步驟(1)制備的共混溶液傾倒在集流體上，刮涂后形成一整體；

(3)將步驟(2)制備的電極干燥，其中干燥時間為2～48h，得到成品以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極；

所述有機溶劑為DMSO、DMAC、NMP、DMF中的一種或二種以上。

10.一種權利要求1-7任一所述以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極的應用，其特征在于：所述以氟化碳為添加劑的碳硫復合電極可用于鋰硫二次電池和鋰硫一次電池中。