[發(fā)明專利]一種鋰硫電池正極的制備方法

在審

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• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110752349A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 謝勇;李灑;伽龍;黃云輝;潘國宇
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/04;H01M10/052
• 代理公司: 31204 上海德昭知識產權代理有限公司
• 代理人: 郁旦蓉

本發(fā)明提供一種鋰硫電池正極的制備方法，包括以下步驟：將活性物質硫、導電劑、粘結劑混合均勻，得到混合物，而后在該混合物中加入分散溶劑并混合均勻，得到電極漿料；將電極漿料均勻涂覆于正極集流體上，得到涂有漿料的濕電極；將涂有漿料的濕電極置于?80℃～?5℃的低溫環(huán)境下冷凍1h～5h，至濕電極冷凍成型，使得濕電極中的分散溶劑凝固結晶，得到凝固電極；將凝固電極置于真空度為0.1Pa～100Pa的真空環(huán)境中1h～5h，使凝固電極中的冰晶固相升華，得到固相升華后的電極；將固相升華后的電極進行輥壓處理，并將電極孔隙率控制在50％～70％之間，即得鋰硫電池正極。本發(fā)明制備方法簡單，有效地解決了采用傳統(tǒng)熱干方法制備高載硫正極中出現(xiàn)的電極開裂問題。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰電池領域，具體涉及一種鋰硫電池正極的制備方法。

背景技術

隨著便攜式電子產品、儲能技術以及新能源汽車的發(fā)展，現(xiàn)代社會對電池能量密度提出了更高的要求。鋰離子電池受限于電極材料的嵌入/脫出反應機制，其能量密度已經(jīng)很難有提升的空間。并且當前鋰離子電池正極材料主要由過渡金屬氧化物組成，其原料成本一直居高不下。開發(fā)新一代具有高能量密度以及低成本的新型電池體系迫在眉睫。鋰硫電池具有高的比容量(1672mAhg^-1)和能量密度(2600Wh kg^-1),并且正極材料單質硫資源豐富，價格便宜且環(huán)境友好。是一種極具發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗母吣茈姵伢w系。

然而，盡管近年來有大量關于鋰硫電池的研究報導，但鋰硫電池的商業(yè)化之路并不順利。究其原因，從硫正極方面考慮主要包括以下兩方面：

1)高載量鋰硫電池正極制備技術仍然是個難題。想要獲得高的電池能量密度，電極的面容量一定要上去。目前商業(yè)鋰離子電池電極面容量大概在4mAh cm^-2左右,考慮到鋰硫電池的平均放電電壓較鋰離子電池低(鋰硫電池：2.1V，鋰離子電池：3.7V)想要獲得與鋰離子電池電極相當?shù)哪芰棵芏饶敲翠嚵螂姵氐碾姌O面容量需達到7mAh cm^-2及以上。按硫的實際比容量為1000mAh g^-1計算，要求鋰硫電池正極載硫量達到7mg cm^-2。然而文獻報道中鋰硫電池的面載量大部分集中在1-4mg cm^-2。

2)過多的電解液添加量嚴重稀釋了鋰硫電池的理論能量密度。當前鋰硫電池中電解液添加量遠遠過量，部分文獻中甚至超出活性物質硫的十倍(＞10μLmg^-1，而鋰離子電池中僅為0.3μL mg^-1)。如此多的電解液嚴重稀釋了鋰硫電池的理論能量密度，導致其實際能量密度甚至無法與鋰離子電池相當。

目前，鋰硫電池的正極制備方式大多借鑒鋰離子電池，即先將活性物質與導電劑，粘結劑在溶劑中混合均勻，然后再涂布于集流體上，最后再在一定溫度下使電極中的溶劑揮發(fā)從而得到電池極片。然而，由于硫的導電性較鋰離子電極材料電池差很多，所以在制備正極時往往加入比較多的導電添加劑(約30％，而鋰離子電池只有5％左右)，并且這些導電添加劑大多具有很高的比表面積和孔容(為了更高的負載硫和吸附多硫)。過多導電添加劑的加入使電極極片內部在溶劑揮發(fā)過程中產生巨大的表面張力和體積收縮從而導致電極龜裂現(xiàn)象，限制了高載量的鋰硫電池正極的制備。盡管目前采用三維集流體的方式可以提高鋰硫電池電極的面載量，但是三維電極由于其發(fā)達的孔隙結構一方面會降低鋰硫電池的體積能量密度，另一方面也會要求更多的電解液來填充孔隙從而降低電池的質量能量密度。所以，為了獲得高能量密度的鋰硫電池，當前迫切需要一種新的鋰硫電池正極制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種鋰硫電池正極的制備方法。