[發明專利]一種基于固-固反應機理的硫電極材料及其鋰電池以及它們的制備方法

有效

• 申請號: 201910512986.3
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110112407B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張文華;劉平;潘家新;章順華;連晶晶;歐陽志昭
• 申請（專利權）人: 南昌工程學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 南昌青遠專利代理事務所(普通合伙) 36123
• 代理人: 劉愛芳

1.一種基于固-固反應機理的硫電極材料，其特征在于：包括以下重量份數的原料：復合導電炭1～5份、聚丙烯腈PAN 10～50份和單質硫20～80份，所述復合導電炭包括熱解炭PANC、多孔碳BP2000，所述PANC均勻的附著于多孔碳BP2000炭的表面，所述復合導電炭的制備方法包括：首先，將BP2000與PAN一同放入行星球磨罐中，加入適量DMF溶劑，球磨4～8h；其次，向球磨罐中加入蒸餾水，使PAN從DMF中沉析并包覆在BP2000表面；最后，離心干燥，放入Ar氣保護下的管式爐中，以5℃/min升溫至280℃～300℃，保持2h；再以5℃/min升溫至700℃～800℃，保持2h，得到復合導電炭PAN@BP復合導電炭。

2.根據權利要求1所述的基于固-固反應機理的硫電極材料，其特征在于：所述PANC占復合導電炭的重量比為3.5～12.7wt.％，所述復合導電炭制備中采用的聚丙烯腈PAN占制備原料的重量比為6～20wt.％。

3.根據權利要求2所述的基于固-固反應機理的硫電極材料，其特征在于：所述PANC占復合導電炭的重量比為6wt.％。

4.據權利要求1所述的基于固-固反應機理的硫電極材料的制備方法，其特征在于，包括步驟1：首先，將BP2000與PAN一同放入行星球磨罐中，加入適量DMF溶劑，球磨4～8h；其次，向球磨罐中加入蒸餾水，使PAN從DMF中沉析并包覆在BP2000表面；最后，離心干燥，放入Ar氣保護下的管式爐中，以5℃/min升溫至280℃～300℃，保持2h，再以5℃/min升溫至700℃～800℃，保持2h，制成復合導電炭PANC@BP；其中，PAN熱解炭的修飾量控制在3.5～12.7wt.％；

步驟2：將復合導電炭PANC@BP、聚丙烯腈PAN和單質硫按重量比1:10:50進行干法球磨混合。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2包括：將PANC@BP 1～5份、PAN 10～50份、S 20～80份的原料研磨均勻；然后將混合物行星球磨6h～8h；再在Ar氣保護下的管式爐中，以5℃/min～10℃/min升溫至300℃，加熱6h～10h，即得所述硫電極材料。

6.一種基于固-固反應機理的硫電極材料的鋰電池，其特征在于：包括正極層、難溶性電解質層、負極層；所述正極層包括權利要求1-3中任一項所述基于固-固反應機理的硫電極材料。

7.根據權利要求6所述的一種基于固-固反應機理的硫電極材料的鋰電池；其特征在于：

所述難溶性電解質層為難溶性碳酸酯類電解液1M LiPF₆/PC-EC-DEC(1:4:5,v/v/v)；

所述負極層采用鋰金屬、石墨或者單質硅。

8.根據權利要求6所述的一種基于固-固反應機理的硫電極材料的鋰電池的制備方法，其特征在于：將復合導電材料與導電劑乙炔黑、粘結劑PTFE按80:10:10的質量比混合均勻，加入異丙醇調漿后，在雙輥壓膜機上反復輥壓，制成厚度為0.1～0.15mm的電極膜片，然后在60℃下真空干燥；將上述制備的膜片沖壓在鋁網集流體上得到正極極片，與負極極片、電解液在手套箱內組裝成扣式電池。