CN104979527A - 一种柔性锂-硫电池正极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，按以下步骤：首先碳纳米管石墨化后加入蒸馏水、乙醇等溶剂中，剪切和分散得碳纳米管分散液；将纸纤维粉碎和打散，得纸纤维浆料；两者均匀混合，真空抽滤，制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，真空干燥。将硫溶解在苯或二流化碳溶剂中，调硫溶度为5%-40%；将上述复合导电纸浸入硫溶剂溶液中充分润湿，取出、真空干燥，扎制和裁剪成锂-硫电池正极极片。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。

Description

一种柔性锂-硫电池正极的制备方法
技术领域
本发明属于电化学和功能材料领域，涉及碳纳米管、纸纤维、硫的溶解与吸附及三者的分散混合技术。
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，但循环性能差是制约其实用化的主要障碍。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2600 Wh / kg( 锂和硫的理论比容量分别为3860 mAh / g 和1675 mAh / g) ，远大于现阶段所使用的商业化二次电池，单质硫廉价、环境友好的特性又使该体系极具商业价值。
发明内容
本发明的目的是提出一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，使用纳米分散技术和传统造纸技术，将碳纳米管、纸纤维和硫三组分组合在一起，通过造纸技术制成锂-硫电池正极所用包含碳纳米管、纸纤维和硫的片状板材，扎制和裁剪后用于制造各种规格锂-硫电池的正极极片。
本发明是通过以下技术方案实现的。
（1）碳纳米管经3000℃高温石墨化处理，然后将石墨化后的碳纳米管加入到蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮等溶剂中，再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纸纤维粉碎和打散，制成纸纤维浆料。
（3）将碳纳米管分散液和纸纤维浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）将硫溶解在苯或二流化碳等有机溶剂中，调节硫在有机溶剂中的溶度至5%-40%。
（5）将真空干燥后的碳纳米管-纸纤维复合导电纸浸入步骤（4）的硫的有机溶剂溶液中，待硫溶液对复合导电纸充分润湿后，取出吸附了硫溶液的纸张，再经真空干燥处理。
（6）干燥后的碳纳米管-纸纤维-硫三元正极材料在经过扎制和裁剪制成锂-硫电池正极极片。
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，简化了锂-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；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）取经3000℃高温石墨化处理的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，制成纸纤维浆料。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
（5）配置含5%硫的苯溶液，然后将复合导电纸浸入苯溶液中10小时，取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。
实施例2。
（1）取经3000℃高温石墨化处理的2克碳纳米管加入500ml乙醇中，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 l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，制成纸浆。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
（5）配置含20%硫的二硫化碳溶液，然后将复合导电纸浸入溶液中16小时，取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。
实施例3。
（1）取经3000℃高温石墨化处理的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 l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，制成纸浆。
（3）将分散好的碳纳米管浆料及纸纤维浆料混合均匀，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分。
（4）真空干燥后用对辊轧机将纸电池正极压实，制备成复合导电纸。
（5）配置含20%硫的苯溶液，然后将复合导电纸浸入苯溶液中18小时，然后取出真空干燥处理，裁剪成所需尺寸用于锂-硫电池正极制作。

Claims (1)

1.一种柔性锂-硫电池正极的制备方法，其特征是按以下步骤：
（1）碳纳米管经3000℃高温石墨化处理，然后将石墨化后的碳纳米管加入到蒸馏水、乙醇、苯、二甲苯或丙酮溶剂中，再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纸纤维粉碎和打散，制成纸纤维浆料；
（3）将碳纳米管分散液和纸纤维浆料均匀混合，采用真空抽滤工艺制成碳纳米管-纸纤维复合导电纸，然后真空干燥去除水分；
（4）将硫溶解在苯或二流化碳有机溶剂中，调节硫在有机溶剂中的溶度至5%-40%；
（5）将真空干燥后的碳纳米管-纸纤维复合导电纸浸入步骤（4）的硫的有机溶剂溶液中，待硫溶液对复合导电纸充分润湿后，取出吸附了硫溶液的纸张，再经真空干燥处理；
（6）干燥后的碳纳米管-纸纤维-硫三元正极材料在经过扎制和裁剪制成锂-硫电池正极极片。
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