本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鋰硫電池電極材料及利用該種電極材料制備鋰硫電池，其中負(fù)極材料以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由以下原料組合物組成：5?10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3?7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑。本發(fā)明專利技術(shù)特別選用了穩(wěn)態(tài)鋰粉以及炭納米球、碳納米管和介孔碳按照質(zhì)量比為5:2：1混合而成的混合物作為負(fù)極中的碳材料制備負(fù)極混合漿料，使得該鋰硫電池負(fù)極材料具有更優(yōu)異的性能，本發(fā)明專利技術(shù)的制備方法制得的電池表現(xiàn)出較小的阻抗，能有效減弱連續(xù)充放電過程中的穿梭效應(yīng)和枝晶生長，比常規(guī)金屬鋰箔表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能和倍率性能。
Electrode material of lithium sulfur battery and preparation of lithium sulfur battery by using said electrode material
The invention relates to a lithium sulfur battery electrode material and the electrode materials of lithium sulfur battery, the anode materials to the quality of the number of copies, consists of the following 10 parts: 5 material composition of lithium powder, 3 steady 7 copies of 1 copies of carbon material, binder and solvent. The invention is particularly used in steady state lithium powder and carbon nanospheres, carbon nanotubes and mesoporous carbon according to the mass ratio of the mixture of 5:2:1 mixture as carbon materials in the preparation of anode cathode mixed slurry, the lithium sulfur battery anode material has excellent performance and a preparation method of the battery of the invention show smaller impedance can effectively weaken the effect of continuous shuttle charge discharge process and dendrite growth than conventional lithium metal foils exhibited better cycle performance and rate performance.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
鋰硫電池電極材料及利用該種電極材料制備鋰硫電池
本專利技術(shù)屬于電極材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰硫電池電極材料及利用該種電極材料制備鋰硫電池的方法。
技術(shù)介紹
鋰離子電池(Lithium-ionbattery,LIB)，又稱為鋰二次電池，是一種可循環(huán)充電的移動(dòng)電源設(shè)備。LIB具有高能量密度、高功率密度、循環(huán)壽命長、清潔無毒和無記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，自從上世紀(jì)90年代索尼公司將LIB商業(yè)化以來，LIB得到了迅速而廣泛的發(fā)展。目前LIB己經(jīng)成為大多數(shù)移動(dòng)電子設(shè)備的電源。近幾年，人們對LIB進(jìn)行了深入和廣泛的研究。在LIB中，負(fù)極材料對電池的性能有著很大的影響，發(fā)展優(yōu)異的負(fù)極材料也是提高LIB性能的關(guān)鍵因素之一。碳材料是最主要的一種LIB負(fù)極材料，目前己經(jīng)有上百種擁有不同結(jié)構(gòu)的碳材料被用作鋰離子電池負(fù)極，這些材料包括天然石墨、人工石墨、焦炭、碳纖維、中間相碳微球、碳黑等。單質(zhì)硫無毒、全球儲(chǔ)量豐富，而且有著較高的理論比容量（1675mAh/g）。金屬鋰有著低密度（0.534g/cm3）、低電勢（-3.045v）和高比容量（3861mAh/g）,因此鋰硫電池可以達(dá)到較高的能量密度，從而可在能量存儲(chǔ)、再生能源利用等方面發(fā)揮重要作用。然而，鋰硫電池商業(yè)化過程中存在諸多問題，如金屬鋰化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，使用時(shí)存在潛在的危險(xiǎn)；當(dāng)負(fù)極采用金屬鋰箔時(shí)，電池經(jīng)過多次充放電后，金屬鋰箔表面易形成枝晶。枝晶的不斷生長導(dǎo)致電池容量下降，且枝晶生長可能刺穿隔膜，造成電池短路，引發(fā)安全問題。硬碳是高分子聚合物的熱解碳，即使在高溫下也難以石墨化。硬碳的可逆容量能較高，循環(huán)性能也很好。但是硬碳也存在電極電位過高、電位滯后(即嵌鋰電位小于脫鋰電位)以及首次循環(huán)不可逆容量大等缺點(diǎn)。目前，大部分鋰硫電池都采用金屬鋰作為負(fù)極。鋰作為負(fù)極在多次充放電過程中會(huì)由十電流密度不均導(dǎo)致枝品的形成。枝品會(huì)導(dǎo)致隔膜穿透，進(jìn)而使電池發(fā)生短路，是主要的安全隱患來源。如果在負(fù)極中添加石墨烯，負(fù)極的比表面積變大，面電流密度減小，同時(shí)，疏松的石墨烯提供了鋰沉積的空間，從而使鋰枝品的生長越來越困難。針對鋰負(fù)極存在的問題，科研工作者進(jìn)行的改進(jìn)和研究較少。歸結(jié)起來主要包括兩個(gè)方面：一是從電解液添加劑進(jìn)行改性，通過加入不同的添加劑，如LiNO3和PEO等，促使鋰負(fù)極表面在充放電過程中快速形成更為穩(wěn)定的SEI膜，希望能抑制鋰枝晶和提高循環(huán)性能。然而添加劑在充放電過程中逐漸被消耗，影響電池的穩(wěn)定性和連續(xù)性。二是從鋰電極的制備工藝入手，通過使用鋰化合物包覆鋰粉或者電沉積金屬鋰，鋰箔表面增加保護(hù)層等方法，提高了循環(huán)效率和循環(huán)壽命，但操作過程也較為復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種由穩(wěn)態(tài)鋰粉和特殊配比碳材料制備而成的負(fù)極漿料，以及由該漿料制備而成的鋰硫電池，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用硬碳等材料帶來的技術(shù)缺陷、并且解決了鋰電池負(fù)極改進(jìn)的中存在的穩(wěn)定性和連續(xù)性差以及操作復(fù)雜等技術(shù)問題。一種鋰硫電池，包括正極和負(fù)極，其特征在于：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，其負(fù)極由以下原料組合物組成：5-10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3-7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑；所述粘結(jié)劑由聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成；所述溶劑以碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1的混合而成；其正極由以下材料組成：正極漿料包含：9份升華硫、7份導(dǎo)電劑、1份粘結(jié)劑和溶劑；所述的導(dǎo)電劑由納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成，所述粘結(jié)劑中的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成；所述溶劑由碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成；一種鋰硫電池的制備方法，包括以下步驟：步驟1、正極片的制備：以升華硫?yàn)檎龢O活性物質(zhì)、納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成的混合物為導(dǎo)電劑、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成的混合體系為混合體粘結(jié)劑；含硫的正極漿料中的升華硫、納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成的導(dǎo)電劑與所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比為9:7:1；把混合體粘結(jié)劑溶于碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成的混合溶劑中制成溶液，其中，按照質(zhì)量計(jì)算，按照固體含量為30%的比例稱取溶劑，固體為升華硫、納米碳纖維和膨脹石墨；再將升華硫與納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成的導(dǎo)電劑按質(zhì)量比混合均勻后，倒入已溶解粘結(jié)劑的溶劑中，制作成正極漿料；然后將得到的漿料均勻涂布在泡沫鎳集流體；再置于真空干燥箱中干燥，除去溶劑和水分，真空干燥箱中的溫度為50℃，干燥時(shí)間為10-15h；用刀片將泡沫鎳表面的漿料刮除干凈，把正極片壓平，然后把正極片置于真空干燥箱中再次干燥；步驟2、負(fù)極片制備：把穩(wěn)態(tài)鋰粉、碳材料和聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成的混合體系粘結(jié)劑按照質(zhì)量比稱量、以碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1的混合而成的混合物為溶劑，其中，按照質(zhì)量計(jì)算，按照固體含量為30%的比例稱取溶劑，固體為穩(wěn)態(tài)鋰粉和碳材料；先把粘結(jié)劑溶解于溶劑中，而后把穩(wěn)態(tài)鋰粉和碳材料倒入上述溶液中，混合均勻后涂抹于泡沫鎳集流體中從而得到負(fù)極片；把負(fù)極片置于加熱片上加熱以使溶劑揮發(fā)，而后把負(fù)極片壓平；其中，穩(wěn)態(tài)鋰粉、碳材料和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為5-10：3-7：1；加熱片上加熱的溫度為70℃，加熱時(shí)間為8-15h；步驟3、電池組裝：使用步驟1制得的正極片和步驟2制得的負(fù)極片的組裝成鋰硫電池。一種鋰硫電池負(fù)極材料，其特征在于包括：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由以下原料組合物組成：5-10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3-7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑。進(jìn)一步，所述的穩(wěn)態(tài)鋰粉由滴液乳化技術(shù)（DET）制成，鋰粉直徑為60μm-90μm。進(jìn)一步，所述的碳材料為炭納米球、碳納米管和介孔碳按照質(zhì)量比為5：2：1混合而成的混合物。進(jìn)一步，所述粘結(jié)劑為聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成的粘結(jié)劑；所述溶劑為碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成的混合溶劑。一種鋰硫電池的制備方法，采用上述負(fù)極材料作為負(fù)極，其特征在于包括如下步驟：（1）將含硫的正極漿料涂在集流體制成正極片；（2）把穩(wěn)態(tài)鋰粉、碳材料和粘結(jié)劑按照質(zhì)量比稱量，以碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1的混合而成的混合物為溶劑；先把所述粘結(jié)劑溶解于所述溶劑中，而后把穩(wěn)態(tài)鋰粉和碳材料倒入上述溶液中，混合均勻后涂抹于泡沫鎳中從而得到負(fù)極片；把負(fù)極片置于加熱片上加熱以使溶劑揮發(fā)；而后把負(fù)極片壓平待用；（3）將正極、負(fù)極、隔膜組裝成紐扣電池。進(jìn)一步，步驟（1）中所述的含硫的正極漿料包含：升華硫、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑；所述的導(dǎo)電劑由納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成，所述粘結(jié)劑中的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成；所述溶劑由碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成；先將粘結(jié)劑溶解于的混合溶劑中，再將升華硫與導(dǎo)電劑按質(zhì)量比混合均勻后，倒入已溶本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰硫電池負(fù)極材料，其特征在于包括：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由以下原料組合物組成：5?10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3?7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰硫電池負(fù)極材料，其特征在于包括：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由以下原料組合物組成：5-10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3-7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑。2.一種鋰硫電池，包括正極和負(fù)極，其特征在于：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，其負(fù)極由以下原料組合物組成：5-10份穩(wěn)態(tài)鋰粉、3-7份碳材料、1份粘結(jié)劑和溶劑；所述粘結(jié)劑由聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成；所述溶劑以碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1的混合而成；其正極由以下材料組成：正極漿料包含：9份升華硫、7份導(dǎo)電劑、1份粘結(jié)劑和溶劑；所述的導(dǎo)電劑由納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成，所述粘結(jié)劑中的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成；所述溶劑由碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成；所述的穩(wěn)態(tài)鋰粉由滴液乳化技術(shù)（DET）制成，鋰粉直徑為60μm-90μm；所述鋰硫電池的制備方法，包括以下步驟：步驟1、正極片的制備：以升華硫?yàn)檎龢O活性物質(zhì)、納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成的混合物為導(dǎo)電劑、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亞胺按照體積比為2:1混合而成的混合體系為混合體粘結(jié)劑；含硫的正極漿料中的升華硫、納米碳纖維和膨脹石墨按照質(zhì)量比為1:1組合而成的導(dǎo)電劑與所述粘結(jié)劑的質(zhì)量比為9:7:1；把混合體粘結(jié)劑溶于碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙酯（EMC）和聚醚砜（PES）按照體積比為3:2:1混合而成的混合溶劑中制成溶液，其中，按照質(zhì)量計(jì)算，按照固體含量為30...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(專利權(quán))人：張琴，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32
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