CN104934569A - 一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法 - Google Patents

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刘珍红
吴小勇
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Abstract

一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法，首先将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇等溶剂中，剪切和分散，制成碳纳米管分散液；将纤维素粉碎和打散成纤维素浆料；两者均匀混合，真空抽滤，制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，真空干燥；然后将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫放入容器中并置于真空加热炉中，升温到450℃以上，气相渗透10分钟至20小时；真空干燥，得三元复合锂-硫电池的正极极片。本发明活性材料和集流体一体化制作，简化了锂-硫电池的制备工艺。产品具有大量微孔和巨大表面积，提高了硫在极片中装载量和密度及锂-硫电池能量密度。碳材料和硫的亲和性，增加了硫和碳纳米管的接触界面，使得界面电阻大幅减小，电池性能得以提高。

Description

一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法
技术领域
本发明属于电化学和功能材料领域，涉及电池正极极片的制备方法。
背景技术    
锂-硫电池具有突出的高比能量优势和原料廉价、环境友好等优点，有望成为新一代高能电池体系。以金属锂为负极、单质硫为正极的锂-硫电池的理论比能量可达到2 600 Wh / kg，硫的理论比容量可达1675 mAh / g，远大于石墨372 mAh / g的理论容量，单质硫廉价、环境友好的特性又使该体系具有极大的开发潜力。
发明内容
本发明的目的是提出一种锂-硫电池正极极片的制备方法，使用纳米分散技术、传统造纸和化学气相渗透技术，将碳纳米管、纤维素纤维和硫三组分组合在一起，通过造纸技术制成碳纳米管和-纤维素复合的片状板材，然后将硫加热汽化，使硫原子渗透到复合纸的孔隙中，吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片。
本发明是通过以下技术方案实现的。
（1）将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮等溶剂中，经高速剪切和砂磨机分散处理，制成碳纳米管分散液。
（2）用高速剪分散设备将纤维素纤维粉碎和打散成细小的纤维素浆料。
（3）将碳纳米管分散液和纤维素浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫（升华硫）放入容器中并置于真空加热炉中，升温到450℃以上，硫在此温度转变为气态，气态硫原子渗透到复合导电纸的孔隙中。气相渗透的时间在10分钟至20小时，根据需要任意调节。控制气态硫渗透复合纸的时间，可控制复合纸中硫的吸附量，从而可制备特定比容量的正极极片。
（5）吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
本发明的产品可裁剪成需要的形状和大小，或者直接制造成特定的形状和大小的锂-硫电池正极极片产品。本发明充分利用新的工艺方法制造锂-硫电池正极，活性材料和集流体一体化制做，不需要另外在增加金属集流体，可减轻电池重量，简化锂-硫电池的制造工艺。该发明制备的碳纳米管/纸纤维复合导电纸中具有大量微小孔洞，和巨大表面积，硫元素很容易填充其中，从而提高硫在极片中的装载量和密度，提高锂-硫电池的能量密度。碳材料和硫具有很好的亲和性，硫吸附在碳纳米管表面，增加了硫和碳纳米管的接触界面，使得界面电阻大幅减小，电子的传输更为容易，电池的性能得以有效提高。
本发明所述的锂-硫电池正极的用途如下：（1）用做锌锰纸电池正极，（2）用作锂离子纸电池正极；（3）用于制造超级电容器；（4）用作锂电池正极。
附图说明
附图1为本发明的正极极片的SEM照片。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
（1）取1克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理1小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
（2）将1克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫（升华硫）放入容器中置于真空加热炉中，升温到460℃，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
（5）气相渗透的时间为10分钟。
（6）吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
实施例2。
（1）取2克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理1小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
（2）将1克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫（升华硫）放入容器中置于真空加热炉中，升温到480℃，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
（5）气相渗透的时间为2小时。
（6）吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片
实施例3。
（1）取3克碳纳米管加入500ml蒸馏水中，分别经高速剪切和砂磨处理1小时，使碳纳米管均匀分散在液体中。
（2）将1克纸纤维加入500ml蒸馏水中，高速剪切2小时，将纸纤维打碎并均匀分散在水溶液中，制成纤维素浆料。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纤维素浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫（升华硫）放入容器中置于真空加热箱中，升温到460℃，硫在此温度转变为气态，硫原子渗透到复合导电纸中。
（5）气相渗透的时间在20小时。
（6）吸附硫元素后将复合纸真空干燥，再扎制和裁剪后用于制造各种规格碳纳米管-纤维素-硫三元复合的锂-硫电池的正极极片。

Claims (1)

1.一种三元复合锂-硫电池正极极片的制备方法，其特征是按以下步骤：
（1）将碳纳米管加入蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮溶剂中，经高速剪切和砂磨机分散处理，制成碳纳米管分散液；
（2）用高速剪分散设备将纤维素纤维粉碎和打散成细小的纤维素浆料；
（3）将碳纳米管分散液和纤维素浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纤维素复合导电纸，然后真空干燥去除水分；
（4）将碳纳米管-纤维素复合导电纸和纯硫放入容器中并置于真空加热炉中，升温到450℃以上，气相渗透10分钟至20小时；
（5）真空干燥，得三元复合锂-硫电池的正极极片。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275581A (zh) * 2017-05-27 2017-10-20 双登集团股份有限公司 含有碳材料的负极铅膏均质工艺
CN107611342A (zh) * 2017-08-31 2018-01-19 柔电（武汉）科技有限公司 一种使用垫层的柔性锂离子电池电极片及其制备方法
CN108987796A (zh) * 2018-09-10 2018-12-11 江西克莱威纳米碳材料有限公司 一种柔性锂离子电池及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598142A (zh) * 2004-08-20 2005-03-23 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种炭纤维纸及其制备方法
CN101562244A (zh) * 2009-06-02 2009-10-21 北京理工大学 锂二次电池用单质硫复合材料的制备方法
CN102561109A (zh) * 2011-12-20 2012-07-11 南昌大学 一种碳纳米管导电纸的制备方法
CN102610786A (zh) * 2011-12-20 2012-07-25 南昌大学 一种三元复合纸电池正极的制备方法
CN104393233A (zh) * 2014-10-10 2015-03-04 南京中储新能源有限公司 一种基于石墨烯阵列的碳硫复合电极及二次电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1598142A (zh) * 2004-08-20 2005-03-23 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种炭纤维纸及其制备方法
CN101562244A (zh) * 2009-06-02 2009-10-21 北京理工大学 锂二次电池用单质硫复合材料的制备方法
CN102561109A (zh) * 2011-12-20 2012-07-11 南昌大学 一种碳纳米管导电纸的制备方法
CN102610786A (zh) * 2011-12-20 2012-07-25 南昌大学 一种三元复合纸电池正极的制备方法
CN104393233A (zh) * 2014-10-10 2015-03-04 南京中储新能源有限公司 一种基于石墨烯阵列的碳硫复合电极及二次电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275581A (zh) * 2017-05-27 2017-10-20 双登集团股份有限公司 含有碳材料的负极铅膏均质工艺
CN107611342A (zh) * 2017-08-31 2018-01-19 柔电（武汉）科技有限公司 一种使用垫层的柔性锂离子电池电极片及其制备方法
CN108987796A (zh) * 2018-09-10 2018-12-11 江西克莱威纳米碳材料有限公司 一种柔性锂离子电池及其制备方法

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