CN106374113A - 石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法 - Google Patents

石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法 Download PDF

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邱志文
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刘珍红
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Abstract

石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，包括如下步骤：（1）以硫为活性材料，加入导电剂、粘接剂，以N‑甲基吡咯烷酮或者去离子水为溶剂，调浆；（2）将调好浆的活性材料涂覆在石墨化碳纳米管柔性膜上，涂覆后烘干，裁剪成与负极片同等大小，真空干燥，得正极片；（3）以锂片作为负极片，在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。本发明碳纳米管柔性薄膜含有大量不同大小微孔，这非常有利于硫沉积和吸附在这些微孔中，从而有效提高正极片中硫的加载量和电化学反应的界面面积。电子和离子的传导得到加强，锂硫电池的充放电性能得到大幅提高。

Description

石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的 方法
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，涉及一种石墨化碳纳米管柔性膜为集流体的锂硫电池。
背景技术
随着经济的发展，出现了越来越多的环境问题，电动汽车将成为人们下一代的交通工具，但电动汽车的突破需要电池技术的突破。高能量密度是未来的发展的重点。锂硫电池是一种非常有前景的电池，硫的理论比容量可达1672mAh/g，与锂负极组成的电池理论能量密度可达2600Wh/kg，并且单质硫具有廉价、无毒等优点。但是由于硫作为不导电的物质，导电性非常差，碳纳米管由于SP2杂化产生大量离域的π电子，具有优异的导电性能。传统的铝箔与极片在多次循环过程中存在脱落的现象，对电池的寿命产生了一定的影响。碳纳米管柔性膜集流体具有优异的导电性能，碳纳米管柔性膜是一种多孔的结构，增加正极材料与集流体的接触面积，增加导电性，减少了接触电阻。
发明内容
本发明的目的是提出一种石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，包括如下步骤。
（1）以硫为活性材料，加入导电剂、粘接剂，以N-甲基吡咯烷酮（NMP）或者去离子水为溶剂，调浆。
（2）将调好浆的活性材料涂覆在石墨化碳纳米管柔性膜上，涂覆后烘干，裁剪成与负极片同等大小，真空干燥，得正极片。
（3）以锂片作为负极片，在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。
所述的导电剂为碳纳米管、导电炭黑或石墨烯中的一种或者几种。
所述的粘接剂为丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）或聚偏氟乙烯（PVDF）中的一种或几种。
本发明所述的石墨化碳纳米管柔性膜是制备方法，按以下步骤。
（1）首先将碳纳米管分散，以乙醇、去离子水、N-甲基吡咯烷酮（NMP）一种或几种作为溶剂，通过球磨、超声、高速剪切一种或两种以上，加入粘接剂和分散剂制成固含量1-5%的碳纳米管分散液。
（2）以铝箔、铜箔中一种作为基底，将碳纳米管分散液均匀涂覆在表面，控制面积和厚度，烘干。
（3）以盐酸、硝酸、硫酸、烧碱中的一种或几种作为腐蚀剂，将薄膜浸泡于腐蚀剂中10~24h，腐蚀基底，取出碳纳米管薄膜，烘干。
（4）碳纳米管薄膜在900~1500℃下炭化，再2300~3000℃石墨化，取出压延得到石墨化碳纳米管柔性膜。
所述的粘结剂为丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）或聚偏氟乙烯（PVDF）中的一种或几种。
所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠（SDBS）或十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种或两种。
石墨化处理的碳纳米管柔性薄膜为纯碳薄膜，具有优异的导电性能。图1扫描电子显微镜显示，碳纳米管柔性薄膜含有大量不同大小微孔，这非常有利于硫沉积和吸附在这些微孔中，从而有效提高正极片中硫的加载量和电化学反应的界面面积。电子和离子的传导得到加强，锂硫电池的充放电性能得到大幅提高。
附图说明
图1为本发明石墨化碳纳米管柔性膜SEM。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例。
实施例1。
（1）取100g碳纳米管，2300℃石墨化炉内保温20h，取出。
（2）碳纳米管300r/min球磨3h，至细小密实粉体。
（3）以NMP为溶剂，碳纳米管（CNTs）为基本材料，按CNTs︰PVDF︰SDS为91:5:4质量比配置，调节固含量为4%，高速剪切2h，制浆。
（4）选铝箔为基底材料，取浆液10ml，涂覆成5x8cm2的区域，50℃烘干，成膜。
（5）将铝箔模块置于盐酸溶液中浸泡24h，使基底完全腐蚀，小心取出晾干。
（6）将制备的CNTs膜900℃炭化，再2300℃石墨化，取出压延。且经过炭化和石墨化处理，杂质含量低，CNTs结晶度提高。
（7）质量比为硫︰导电剂︰粘接剂=65%:25%:10%，加入NMP调浆，将调好的浆料涂覆在石墨化碳纳米管柔性膜上，烘干，得正极片。
（8）用切片机切直径为14mm的正极片，以锂片作为负极片，按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。
实施例2。
（1）取100g碳纳米管，3000℃石墨化炉内保温16h，取出。
（2）碳纳米管200r/min球磨6h，至细小密实粉体。
（3）以乙醇为溶剂，碳纳米管（CNTs）为基本材料，按CNTs︰PVDF︰SDBS为96:2:2质量比配置，调节固含量为2%，高速剪切1h，制浆。
（4）选铜箔为基底材料，取浆液10ml，涂覆成5x8cm2的区域，50℃烘干，成膜。
（5）将铜箔模块置于浓硝酸溶液中浸泡10h，使基底完全腐蚀，小心取出晾干。
（6）将制备的CNTs膜1000℃炭化，再3000℃石墨化，取出压实。且经过炭化和石墨化处理，杂质含量低，CNTs结晶度提高。
（7）质量比为硫︰导电剂︰粘接剂=65%:25%:10%，加入NMP调浆，将调好的浆料涂覆在石墨化碳纳米管柔性膜上，烘干，得正极片。
（8）用切片机切直径为14mm的正极片，以锂片作为负极片，按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池。

Claims (4)

1.石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，其特征是包括如下步骤：
（1）以硫为活性材料，加入导电剂、粘接剂，以N-甲基吡咯烷酮或者去离子水为溶剂，调浆；
（2）将调好浆的活性材料涂覆在石墨化碳纳米管柔性膜上，涂覆后烘干，裁剪成与负极片同等大小，真空干燥，得正极片；
（3）以锂片作为负极片，在真空手套箱中加电解液按照负极壳、负极片、隔膜、正极片、泡沫镍、正极壳的顺序组装电池；
所述的石墨化碳纳米管柔性膜是制备方法，按以下步骤：
（a）首先将碳纳米管分散，以乙醇、去离子水、N-甲基吡咯烷酮（NMP）一种或几种作为溶剂，通过球磨、超声、高速剪切一种或两种以上，加入粘接剂和分散剂制成固含量1-5%的碳纳米管分散液；
（b）以铝箔、铜箔中一种作为基底，将碳纳米管分散液均匀涂覆在表面，控制面积和厚度，烘干；
（c）以盐酸、硝酸、硫酸、烧碱中的一种或几种作为腐蚀剂，将薄膜浸泡于腐蚀剂中10~24h，腐蚀基底，取出碳纳米管薄膜，烘干；
（d）碳纳米管薄膜在900~1500℃下炭化，再2300~3000℃石墨化，取出压延得到石墨化碳纳米管柔性膜。
2.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，其特征是所述的导电剂为碳纳米管、导电炭黑或石墨烯中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，其特征是所述的粘接剂为丁苯橡胶、羧甲基纤维素或聚偏氟乙烯的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的石墨化碳纳米管柔性膜作锂硫电池集流体制备锂硫电池的方法，其特征是所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或两种。
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