[發(fā)明專(zhuān)利]一種全固態(tài)鋰硫電池柔性硫正極的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011604023.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112687847B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈煜婷;沈維新;王家鈞;孫楠;楊海濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇海寶電池科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/139
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/139;H01M4/04;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

本發(fā)明公開(kāi)一種全固態(tài)鋰硫電池柔性硫正極的制備方法及應(yīng)用，柔性硫正極的制備主要包括納米硫分散液的制備、碳骨架分散液的制備、碳硫正極分散液的制備、磁力攪拌、混合溶液抽濾、濾餅層和濾膜的烘干、揭下濾餅層得碳硫正極薄膜、聚合物固態(tài)電解質(zhì)溶液的制備、將電解質(zhì)溶液滴于碳硫正極薄膜上并烘干得到預(yù)處理柔性硫正極極片、熱壓處理得全固態(tài)電池柔性硫正極極片等過(guò)程；本發(fā)明在硫正極上同時(shí)引入柔性導(dǎo)電碳材料和柔性聚合物固態(tài)電解質(zhì)，形成均勻的離子/電子導(dǎo)電通路，可全面提升電極的柔性，且整體制備方法簡(jiǎn)單，高效節(jié)能，更加具有實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全固態(tài)鋰硫電池柔性硫正極的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著可穿戴和便攜式產(chǎn)品的快速發(fā)展，對(duì)柔性電子設(shè)備的需求日益增加。柔性電池作為其關(guān)鍵部件，得到了越來(lái)越多的研究和關(guān)注，開(kāi)發(fā)具有高能量密度的柔性電池，對(duì)柔性電子設(shè)備的未來(lái)發(fā)展意義重大。在鋰離子電池的柔性設(shè)計(jì)改進(jìn)過(guò)程中，高分子及其改性材料被廣泛應(yīng)用，這些材料不僅可滿足設(shè)備對(duì)于機(jī)械柔性的要求，同時(shí)其多孔及大比表面積等性質(zhì)具有幫助鋰離子快速遷移、降低界面阻抗等作用，可提高電池整體性能。

鋰硫電池具有較高的理論容量和能量密度，且成本低廉，是未來(lái)儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)鋰硫電池很難實(shí)現(xiàn)較高的柔韌性，是因?yàn)槠潆姌O材料多為剛性材料，不易或不能彎曲；電解液為液態(tài)，彎曲過(guò)程中，容易發(fā)生泄漏；電池結(jié)構(gòu)多為傳統(tǒng)物理組裝，材料界面結(jié)合較差。且電池彎曲變形后，將喪失原有性能，或發(fā)生性能的快速衰退。因此，開(kāi)發(fā)高性能的柔性鋰硫電池更能滿足未來(lái)柔性可穿戴電子器件的需求，那么適用于柔性鋰硫電池的電極材料及電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種全固態(tài)鋰硫電池柔性硫正極的制備方法及應(yīng)用，所述硫正極具有良好的柔性離子和電子通路，全面提升固態(tài)電池的柔性。應(yīng)用該柔性硫正極的全固態(tài)鋰硫電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種全固態(tài)鋰硫電池柔性硫正極的制備方法，具體制備步驟如下：

（1）稱(chēng)取一定質(zhì)量的納米硫加入溶劑中，超生分散1~4h得納米硫分散液，分散液濃度為0.1~0.6 mg/mL；

（2）稱(chēng)取一定質(zhì)量碳材料加入溶劑中，超生分散1~4h得碳骨架分散液，分散液濃度為0.1~0.6 mg/mL；

（3）將步驟（1）和（2）所得的納米硫分散液與碳骨架分散液混合并攪拌，即得到碳硫正極分散液；

（4）將步驟（3）所得碳硫正極分散液置于磁力攪拌器上攪拌1~4h；

（5）將步驟（4）得到的混合溶液抽濾，每張濾膜上碳硫載量為2~10mg；

（6）將步驟（5）所得濾餅層和濾膜在50~80℃下一起烘干0.5~2h；

（7）將步驟（6）所得的濾餅層從濾紙上揭下，得到碳硫正極薄膜；

（8）按2~3：1的質(zhì)量比稱(chēng)取聚氧化乙烯PEO和LiTFSI加入乙腈溶劑中，于20~60℃下磁力攪拌8~16h，即得到固態(tài)電解質(zhì)溶液，固含量為3%~10%；

（9）將步驟（8）所得固態(tài)電解質(zhì)溶液滴加0.5~3 mL在步驟（7）得到的碳硫正極薄膜上，并于50~80℃烘干18~36h除去乙腈溶劑，得到預(yù)處理柔性硫正極極片；

（10）將步驟（9）所得預(yù)處理柔性硫正極極片于60~120℃下進(jìn)行熱壓處理，得到全固態(tài)電池柔性硫正極極片。

進(jìn)一步地，步驟（1）中所用溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇或者丙酮中的一種，超聲分散時(shí)間為2~3h，納米硫分散液的濃度為0.3~0.4 mg/mL。