CN111564602B - 一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法 - Google Patents

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Abstract

一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法。通过利用电位控制直接制备出含有液态活性物质，液态活性物质种类受到精准电位的反应调控。将该物质直接添加至正极集流体上，可制备出用于锂硫电池正极的电池极片。利用电位控制制备的液态活性物质易实现液态物质在集流体的均匀分布，以其制备的电极可使锂硫电池具有高的倍率性能、硫利用率和低的容量衰减率等优点。此法可将液态活性物质直接添加至正极集流体上制备成电池极片，如集流体可选碳纳米管、石墨烯、导电纤维、导电碳布等，本发明提供了电位控制法直接制备锂硫电池液态正极的方法。本发明有效的解决了现有锂硫电池正极片硫分布不均、活性物质利用率低、倍率性能差及容量衰减率高等问题，且制作方法简单快捷，易实现规模化商业生产。

Description

一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法
技术领域
本发明涉及一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法。具体属于一种通过电位控制直接制备出锂硫电池液态活性物质并将其添加至正极作为锂硫电池的电极使用，达到提升现有锂硫电池活性物质利用率、倍率性能及容量保持率的一种技术。
背景技术
自从19世纪电池发现以来，它成为人类工作生活中不可或缺的一部分，并且在日常生活中作用越来越重要。从干电池、铅酸电池到锂离子电池，电池也在快速的发展以满足人们日益增长的需求；在锂硫电池中，正极材料硫具有非常高的理论比容量1675 mAh g-1和体积能量密度（2600 Wh Kg-1），同时它作为地球最丰富的元素之一，储量丰富、价格低廉和环境友好等优点，使得锂硫电池非常有潜力成为新一代商业化的储能装置。为了提高锂硫电池单位面积的载硫量，大部分研究开始不使用导电剂和粘结剂，而是直接将硫与碳基材料复合作为正极，Nazar等在《Nature Materials》2009年第8卷500-506页的《A highlyordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulphur batteries》一文中提出用有序的纳米碳来载硫，将硫固定在纳米碳内部，从而抑制硫的生长，提高硫的利用率，这种方式需将所有硫固定在碳材料内部，实际应用效果不好，不利于正极批量制备。Fang等在《Nano Energy》2017年第42卷205-214页的《Single-wall carbon nanotubenetwork enabled ultrahigh sulfur-content electrodes for high-performancelithium-sulfur batteries》一文中通过熔融扩散将单壁碳纳米管与硫复合，直接得到锂硫电池正极，接近纯硫电极及构建了单壁碳纳米管导电网络，该正极展现出高的硫利用率及高载量。通过该文可知，熔融扩散载硫会导致载硫正极上硫分布不均匀，影响电池性能均一性和稳定性，而熔融扩散是实现高载量及大规模制备的必经之路。Peng等在《J. Am.Chem. Soc》2017年第139卷8458-8466页的《Healing high-loading sulfur electrodeswith unprecedented long cycling life: spatial heterogeneity control》一文中提出将化学方法合成的多硫化物添加至电解液中，而正极仍然采用的是熔融扩散制备的正极极片，利用添加进去的多硫化物起到调控Li2S的形核生长作用，实现锂硫电池的自愈机制。该电池可实现硫的高载量及高效利用，最重要的是调节了内部硫的均匀分布，利于锂硫电池批量制备。该法采用的多硫化物为化学合成的，电化学活性较低及化学合成产物情况较为复杂，无法辨别其合成产物类型。综上所述的硫作为活性物质添加至锂硫电池用电极的发展现状，研究一种可快速批量制备液体正极活性物质的一种技术，直接添加至正极集流体制备成电极，实现高硫利用率、倍率性能及低容量衰减率的电极已成为目前亟待解决的现实问题。
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，通过利用电位控制直接制备出液态活性物质，将该活性物质直接添加至正极集流体，使锂硫电池电极去除了传统粘结剂和导电剂，同时正极集流体内的活性物质可实现均匀分布，以其制备的电极可使锂硫电池具有高硫利用率、倍率性能及低容量衰减率等特点，具有商业化规模应用的前景。
发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，通过利用电位控制直接制备出含有液态活性物质，液态活性物质种类受到电化学处理电位的调控,将该物质直接添加至正极集流体上，可制备出用于锂硫电池正极的电池极片。利用电位控制制备的液态活性物质易实现液态物质在集流体内的均匀分布，以其制备的电极可使得锂硫电池具有高的倍率性能、硫利用率和低的容量衰减率等优点。此法可将液态活性物质直接添加至正极集流体上制备成电池极片，如集流体可选碳纳米管、石墨烯、导电纤维、导电碳布等等，本发明提供了电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法。本发明有效解决了现有锂硫电池正极硫分布不均、活性物质利用率低、倍率性能差及容量衰减率高等问题，且制作方法简单快捷，易实现规模化商业生产。
一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，依次包括以下步骤：
步骤一，正负极极片制备。制备正极极片：活性物质材料为硫粉，导电剂可采用炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF），溶剂为 N-甲基吡咯烷酮 （NMP）。浆料配置：活性物质量60-90%，粘结剂量5-20%，导电剂量5-20%，固溶比25-60%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-24 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-1000 μm，面密度0.1-30 mg cm-2，然后在90 ℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01-10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度0.1-1000 cm，极片长度0.1-100 m，宽度0.1-100 m。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。或者采用熔融扩散法制备正极片，将硫粉及正极集流体按照一定的（X：1；X的范围为0.1-10）质量比例均匀混合，将其放置于密闭的水热反应釜内衬内部，并向其中通入氮气，将反应釜转移至烘箱内部，烘箱温度设定为155-175 ℃，保温时间为0.5-48 h。负极采用锂箔，锂箔厚度为10-1000 μm，宽度为0.01-100 m，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，反应槽置于（H2O≤10 ppm；O2≤10 ppm）手套箱中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位在2.35-2.1 V间。以亚格力、石英、玻璃槽中的一种作为反应槽，并向反应槽中加入电解液，电解液一般由锂盐及溶剂组成。以三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI ）、2-（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LiTFSI）中的一种作为锂盐，以乙二醇二甲醚（DME）、1, 3二氧戊环（DOL）、二甲基亚砜（DMSO）、四氢呋喃（THF）、四乙二醇二甲醚（TETRAGLYME）中的一种或几种作为溶剂，以硝酸锂、二氧化硅、二氯亚砜中的一种或几种作为添加剂。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度0.1-1000 cm，宽度0.01-1000 cm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度1-1000 cm，宽度1-1000 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤10 ppm；O2≤10 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为0.1-4.5 V，恒电流充放电电流大小为0.0001-100 A。对放电至某一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电电位为0.1-4.5 V，放电至不同电位下的充放电产物不一样，活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以碳纳米管膜、石墨烯膜、导电碳布、导电纤维中的一种作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。
本发明具有如下的有益效果：
传统锂硫电池正极为了实现高载量会采用熔融扩散的方式进行载硫处理，而该法虽可得到高载量的极片，但无法保持活性物质硫在集流体内均匀分布，活性物质硫在集流体内的均匀分布至关重要。现有文献利用化学合成的液态硫添加至锂硫电池中可起到分散活性物质作用，而化学合成反应体系无法控制，反应不彻底，无法得到目标产物。本发明与现有化学合成的液态硫及集流体熔融载硫作为正极相比，优点与有益效果明显。第一，本发明得到的是液态活性物质，其具有很好的流动性，将其添加至正极集流体上，电解液可均匀渗透到活性物质，保证整个正极的活性物质分布均匀，活性物质与集流体密切接触，加速电子转移，有效提升了该正极中硫的利用率，基于该极片制备的锂硫电池具有优异的倍率性能、循环稳定性、高的硫利用率等优点。第二，液态硫使用电位精准控制反应过程及反应产物，体系中不存在未反应的杂质，保证了基于该液态硫制备的锂硫电池性能均一性，利于工业化应用；第三，制备的液态硫可长期保存在手套箱中，使用时取出即可。电位控制法合成该液态硫步骤简单，可批量制备并应用于锂硫电池，制备的电池均匀性较高，利于工业化生产。第四，该液态硫添加至集流体即可制备成正极极片，使得锂硫电池正极制备较为便捷，可大面积批量制备，适用范围广，只要能吸收电解液的集流体皆可适用。本发明制备方法简单，适用的材料范围广；所制备锂硫电池具有大倍率放电性能，更低的衰减率，高的循环稳定性以及更高硫利用率。本发明能够快速大批量的进行制备，具有工业化应用的潜力。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1。
步骤一，正负极极片制备。活性物质材料为硫粉，导电剂可采用炭黑，粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。浆料配置：活性物质量80%，粘结剂量10%，导电剂量10%，固溶比50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间12 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度200 μm，面密度2 mg cm-2，然后在90℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度2 cm，极片长度5000 mm，宽度20 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500 μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接, 控制反应电位2.3 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加1%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为1 mA。将电池先放电至2.3 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以碳纳米管膜作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。该实例中1 C的电流密度下循环300圈获得良好的循环稳定性，从0.1 C至5 C的电流密度下展现出良好的倍率性能。
实施例2。
步骤一，正负极极片制备。活性物质材料为硫粉，导电剂可采用炭黑，粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。浆料配置：活性物质量75%，粘结剂量12.5%，导电剂量12.5%，固溶比50%，使用行星球磨机球磨，球磨时间12 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度100 μm，面密度0.93 mg cm-2，然后在90℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度2 cm，极片长度5000 mm，宽度20 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位2.2 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加1%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后最后进行封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为1.5 mA。将电池先放电至2.2 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以石墨烯膜作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。
实施例3。
步骤一，正负极极片制备。活性物质材料为硫粉，导电剂可采用炭黑，粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。浆料配置：活性物质量70%，粘结剂量15%，导电剂量15%，固溶比45%，使用行星球磨机球磨，球磨时间10 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度100 μm，面密度0.875 mg cm-2，然后在90℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度2 cm，极片长度5000 mm，宽度20mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500 μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位2.1 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加2%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为2 mA。将电池先放电至2.1 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以导电纤维作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。
实施例4。
步骤一，正负极极片制备。活性物质材料为硫粉，导电剂可采用炭黑，粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。浆料配置：活性物质量60%，粘结剂量20%，导电剂量20%，固溶比30%，使用行星球磨机球磨，球磨时间8 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度50 μm，面密度0.4 mg cm-2，然后在90℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度2 cm，极片长度5000 mm，宽度20 mm。待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500 μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位2.25 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加1%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为2.5 mA。将电池先放电至2.25 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以导电碳布作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。
实施例5。
步骤一，正负极极片制备。熔融扩散法制备正极片，将硫粉及碳纳米管膜按照一定的（2：1）质量比例均匀混合，将其放置于密闭的水热反应釜内衬内部，并向其中通入氮气，将反应釜转移至烘箱内部，烘箱温度设定为155 ℃，保温时间为10 h。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500 μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位2.15 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加1%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为1 mA。将电池先放电至2.15 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以碳纳米管膜作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。
实施例6。
步骤一，正负极极片制备。采用熔融扩散法制备正极片，将硫粉及碳纳米管膜按照一定的（3：1）质量比例均匀混合，将其放置于密闭的水热反应釜内衬内部，并向其中通入氮气，将反应釜转移至烘箱内部，烘箱温度设定为165 ℃，保温时间为12 h。负极采用的锂箔，锂箔的厚度为500 μm，宽度为5 cm，根据实际需求裁剪对应面积使用。
步骤二，电位控制反应槽的搭建。将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位2.35 V。以亚格力槽作为电解槽，并向电解槽中加入电解液，以1M LITFSI作为锂盐，DOL和DME作为溶剂，添加1%的硝酸锂作为电解液。
步骤三，锂硫电池软包的制备。先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，极耳长度2 cm ，宽度20 mm，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度5 cm，宽度5 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液。将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在（H2O≤0.01 ppm；O2≤0.01 ppm）手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理。
步骤四，液态活性物质制备。将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为1.7-3.0 V，恒电流充放电电流大小为1 mA。将电池先放电至2.35 V这一电位下液态活性物质在手套箱中取出，放电至不同电位下的充放电产物不一样，液态活性物质成分可通过电位来调节。
步骤五，制备锂硫电池用正极极片。将含有活性物质的电解液添加至集流体上制备成正极极片，以碳纳米管膜作为集流体，正极极片制备完成，该正极极片可直接用于软包或者纽扣的组装。

Claims (7)

1.一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：该方法具有以下步骤：
步骤一，正负极极片制备：制备正极极片：浆料配置：活性物质量60-90%，粘结剂质量5-20%，导电剂质量5-20%，固溶比25-60%，使用行星球磨机球磨，球磨时间0.5-24 h；铝箔集流体平铺于玻璃表面，把作为极耳位置的铝箔部分采用基片遮挡，涂覆厚度采用A4纸控制光滑的刮刀刮涂或使用带有螺旋测微仪的涂覆刮刀涂覆，涂覆刮刀厚度10-1000 μm，面密度0.1-30 mg cm-2，然后在90 ℃鼓风干燥箱中干燥，然后在辊压机0.01-10 T压力下滚压，裁片把极耳留在一端，极耳长度0.1-1000 cm，极片长度0.1-100 m，宽度0.1-100 m；待正极片制备好后根据需求裁剪对应面积使用，或者采用熔融扩散法制备正极片，将硫粉及正极集流体按照X：1，X的范围为0.1-10质量比例均匀混合，将其放置于密闭的水热反应釜内衬内部，并向其中通入氮气，将反应釜转移至烘箱内部，烘箱温度设定为155-175 ℃，保温时间为0.5-48 h；负极采用的锂箔，锂箔的厚度为10-1000 μm，宽度为0.01-100 m，根据实际需求裁剪对应面积使用；
步骤二，电位控制反应槽的搭建：将上述正极极片与负极极片固定置于电解槽中，反应槽置于手套箱中，用铝夹子将正、负极极片与电池测试柜正负极上的导线相连接，控制反应电位在2.35-2.1 V间，以亚格力、石英、玻璃槽中的一种作为反应槽，并向反应槽中加入电解液，电解液由锂盐及溶剂组成；
步骤三，锂硫电池软包的制备：先对正极极片和负极极片进行极耳焊接，正极极片与铝极耳焊接，负极极片与镍极耳焊接，将正极极片与负极极片用高温胶带分别贴至隔膜两侧，隔膜长度1-1000 cm，宽度1-1000 cm，将铝塑膜将整个电芯包裹只留出两个极耳，并对其进行封边处理，只留出一边用于注液，将未注液的软包电池置于真空干燥箱中干燥12 h及以上，在手套箱中对软包电池进行注液，电解液成分与步骤二所述一致，然后封边处理；
步骤四，液态活性物质制备：将上述组装好的电解池或者制备好的软包利用电池测试柜进行恒电流充放电，可得到含有活性物质的电解液，充放电电位区间为0.1-4.5 V，恒电流充放电电流大小为0.0001-100 A；
步骤五，制备锂硫电池用正极极片：将含有活性物质的电解液添加至集流体制备成正极极片，以碳纳米管膜、石墨烯膜、导电碳布、导电纤维中的一种作为集流体，正极极片制备完成；
所述活性物质材料为硫粉。
2.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤二中所述手套箱内H2O≤10 ppm；O2≤10 ppm。
3.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤三中所述手套箱内H2O≤10 ppm；O2≤10 ppm。
4.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤一中所述活性物质材料为硫粉，导电剂采用炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为PVDF，溶剂为NMP。
5.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤二中所述电解液以 LiCF3SO3、LiFSI、LiTFSI中的一种作为锂盐。
6.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤二中所述溶剂为DME、DOL、DMSO、THF、TETRAGLYME中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种电位控制直接制备锂硫电池液态正极的方法，其特征在于：步骤三中所述极耳长度0.1-1000 cm，宽度0.01-1000 cm。
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