CN112909263B - 一种富硫共聚物层状电极及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电能存储系统领域，具体公开了一种富硫共聚物层状电极及其制备方法和应用，所述富硫共聚物层状电极是由导电聚合物浆料形成的多个聚合物薄膜，以及聚合物薄膜隔开的富硫聚合物层共同形成的多层层状结构，通过以富硫聚合物作为活性成分，导电聚合物浆料形成的高分子聚合物薄膜作为间隔层，活性硫负载量高达8mg/cm2，同时有很好的电池循环稳定性，消除了多硫化合物的扩散带来的安全隐患，解决了现有的锂硫电池存在循环稳定性差的问题；而提供的制备方法简单，有助于锂硫电池早日实现商业化，具有广阔的市场前景。

Description

一种富硫共聚物层状电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电能存储系统领域，具体是一种富硫共聚物层状电极及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技的不断发展和新能源汽车技术的持续进步，以锂离子电池为代表的动力储能电池得到了突飞猛进的进展。锂离子电池因为其较高的能量密度，较长的使用寿命，无记忆效应，自放电率很低，高低温适应性强，具备高功率承受力等优点被广泛应用于无人机、无线耳机、助听器、手机、电脑等高端设备领域。目前市面上常规的三元锂离子电池的能量密度由2010年的130 Wh/kg提升到目前2021年的220 Wh/kg。但是，受到三元材料理论能量密度的制约，常规的三元锂离子电池的能量密度的提高上限已经不大，导致三元材料的后续研发已经难以适应不断提升的电池能量密度的需求，尤其是随着便携式电子产品的迅猛发展，其智能化程度也越来越高，对供电电源的能量密度也越来越高，必须开发新的储能体系，来适应新形势的发展需要。
目前，锂硫电池作为一种新型的储能系统，其理论比能量密度高达2600 Wh/kg，是一种非常有前景的锂离子电池，加上其主要合成原料硫磺的价格十分便宜，其电池制造成本也相对较低，故各大电池企业纷纷开始了布局研发，可以作为新的储能体系来适应不断提升的电池能量密度的需求。
但是，锂硫电池在实际应用时存在以下不足：现有的锂硫电池中的多硫化合物的溶解和扩散问题，会导致锂硫电池存在较差的循环稳定性和安全隐患，极大的阻碍了其工程化应用进程，故需要开发出能明显抑制多硫化合物的溶解和扩散的硫电极来提升电池的循环稳定性和安全性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种富硫共聚物层状电极，以解决上述背景技术中提出的现有的锂硫电池存在循环稳定性差的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种富硫共聚物层状电极，具体是一种新型锂硫电池富硫共聚物层状电极，其包括集流体，所述集流体上依次涂覆有至少两层导电聚合物浆料，且导电聚合物浆料上均匀设置有富硫聚合物层；其中，所述导电聚合物浆料的电导率大于200S/cm；所述富硫聚合物层是以聚合物活性硫负载导电剂以及粘结剂作为原料进行研磨混合制得。
本发明实施例的另一目的在于提供一种富硫共聚物层状电极的制备方法，所述的富硫共聚物层状电极的制备方法包括以下步骤：
1）在集流体上涂覆一层导电聚合物浆料，然后将富硫聚合物层置于涂覆在集流体上的导电聚合物浆料上，压平；
2）在压平的富硫聚合物层上涂覆一层导电聚合物浆料，然后将另一富硫聚合物层置于涂覆在富硫聚合物层上的导电聚合物浆料上，压平，得到所述富硫共聚物层状电极。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的富硫共聚物层状电极的制备方法制备得到的富硫共聚物层状电极。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的富硫共聚物层状电极在制备锂硫电池中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的富硫共聚物层状电极是由导电聚合物浆料形成的多个聚合物薄膜，以及聚合物薄膜隔开的富硫聚合物层共同形成的多层层状结构，通过以富硫聚合物作为活性成分，导电聚合物浆料形成的高分子聚合物薄膜作为间隔层，活性硫负载量高达8 mg/cm2，同时有很好的电池循环稳定性，制备的锂硫电池在经过1000周的循环后，其容量保持率大于72%，消除了多硫化合物的扩散带来的安全隐患，解决了现有的锂硫电池存在循环稳定性差的问题；而提供的制备方法简单，有助于锂硫电池早日实现商业化，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的富硫共聚物层状电极的扫描电镜图。
图2为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极的扫描电镜图（内嵌元素线性扫面曲线）。
图3为本发明实施例3制备的富硫共聚物层状电极滚压后的扫描电镜图。
图4为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极滚压后的扫描电镜图。
图5为本发明实施例3制备的富硫共聚物层状电极对应的元素分布点阵图。
图6为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池循环特性曲线。
图7为本发明实施例1制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池交流阻抗曲线。
图8为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池交流阻抗曲线。
图9为本发明实施例1制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池循环特性曲线。
图10为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池循环特性曲线。
图11为本发明实施例3制备的富硫共聚物层状电极的锂硫电池循环特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明首要目的是增加电池活性物质负载量，增加电池循环稳定性，减小电池使用过程中的安全隐患，以此来提升锂硫电池整体的储电性能稳定性。为此，本发明实施例提供的一种富硫共聚物层状电极，具体是一种新型锂硫电池富硫共聚物层状电极，其包括集流体，所述集流体上依次涂覆有至少两层导电聚合物浆料，且导电聚合物浆料上均匀设置有富硫聚合物层；其中，所述导电聚合物浆料的电导率大于200S/cm；所述富硫聚合物层是以聚合物活性硫负载导电剂以及粘结剂作为原料进行研磨混合制得。
作为本发明的另一优选实施例，所述导电聚合物浆料指的是PEDOT/PSS（聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐）水系导电聚合物浆料,其电导率大于200S/cm，具体可以是市售产品，例如在淘宝上购买。
作为本发明的另一优选实施例，所述导电聚合物浆料的浓度为10wt%-22wt%。
作为本发明的另一优选实施例，所述富硫共聚物层状电极的形貌是包括由导电聚合物浆料形成的聚合物薄膜，以及所述聚合物薄膜隔开的富硫聚合物层，通过多个聚合物薄膜以及富硫聚合物层共同形成多层层状结构，即该材料为多层层状结构，主要组成是富硫聚合物作为活性成分，导电聚合物浆料形成的高分子聚合物薄膜作为间隔层。
本发明实施例通过多层结构的富硫共聚物层状电极作为锂硫电池硫电极，在较高活性硫负载量下，能够实现较长的循环寿命，解决了储能性锂硫电池中循环稳定性差的问题。
作为本发明的另一优选实施例，在所述富硫聚合物层中，所述聚合物活性硫负载导电剂以及粘结剂的质量比是8-9：1-2。
优选的，所述聚合物活性硫负载导电剂以及粘结剂的质量比是8.5：1.5，即按照聚合物活性硫负载导电剂以及粘结剂的质量比是8.5：1.5的比例称量后在研钵内研细变成粉末状物质，得到富硫聚合物层。
作为本发明的另一优选实施例，所述粘结剂可以采用现有的粘结剂产品，例如瞬干型粘结剂、厌氧型粘结剂、压敏型粘结剂、热熔型粘结剂、热固型粘结剂、乳液和乳胶型粘结剂、耐高温型粘结剂等，具体型号根据需求进行选择，这里并不作限定。优选的，所述粘结剂PVDF（聚偏氟乙烯）粘结剂。
作为本发明的另一优选实施例，所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法是以单质硫和聚合物单体为原料混合后进行加热反应，冷却后加入导电剂进行加热混合，得到所述聚合物活性硫负载导电剂。
作为本发明的另一优选实施例，所述以单质硫和聚合物单体为原料混合后进行加热反应中，混合采用的方式是在磁力搅拌下将两者混合物置于一个压力可调节的密闭容器中均匀混合。
作为本发明的另一优选实施例，所述压力可调节的密闭容器优选压力可调反应釜容器。
作为本发明的另一优选实施例，所述聚合物单体优选导电聚合物单体，所述导电聚合物单体为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。优选的导电聚合物单体后续实验合成的聚合物电导率高，更有利于提升所制备电池的性能。
作为本发明的另一优选实施例，在所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法中，单质硫和聚合物单体的质量比是3-7:1，且导电剂的加入量是所述以单质硫和聚合物单体为原料混合后进行加热反应并冷却后得到的物料质量的10-30wt%。优选的是加入质量分数为20wt%的导电剂。
优选的，在所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法中，单质硫和聚合物单体的质量比是5:1。
作为本发明的另一优选实施例，所述导电剂是导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑中的一种或者几种的混合物。
作为本发明的另一优选实施例，所述加热反应是于密闭环境下在150-190摄氏度加热反应2-3小时，同时控制压力范围在0.9 Pa到1.3 Pa之间（为相对大气压）。
优选的，所述加热反应的加热温度是165摄氏度，加热时间优选2.5小时，压力调节为1.2 Pa。
作为本发明的另一优选实施例，所述冷却后加入导电剂进行加热混合具体是在加入导电剂后于密闭环境下进行混合并在170-190摄氏度保温10-30分钟（优选的是加热到180摄氏度保温20分钟）。
优选的，所述冷却后加入导电剂进行加热混合即在加热反应完成后自然冷却，并加入相应质量导电剂再次密封容器将混合物加热到180摄氏度保温20分钟，期间在磁力搅拌速度在200转/分到1000转/分的转速下（优选300转/分的转速）快速将混合物混合，冷却后获得聚合物活性硫负载导电剂。
本发明实施例通过设计层状高导电性的富硫共聚物层状电极，主要是制备了富硫共聚物活性物质和聚合物薄膜共建的多层电极，实现了大硫负载量下的较长的循环寿命，助力锂硫电池早日实现商业化。
本发明实施例还提供一种上述富硫共聚物层状电极的制备方法，所述的富硫共聚物层状电极的制备方法，包括以下步骤：
1）在集流体上涂覆一层导电聚合物浆料，然后将富硫聚合物层置于涂覆在集流体上的导电聚合物浆料上，压平；
2）在压平的富硫聚合物层上涂覆一层导电聚合物浆料，然后将另一富硫聚合物层置于涂覆在富硫聚合物层上的导电聚合物浆料上，压平，得到所述富硫共聚物层状电极。
作为本发明的另一优选实施例，在所述的富硫共聚物层状电极的制备方法中，还包括至少重复一次步骤2）的操作，即再次在电极表面涂覆导电聚合物浆料，然后再将研磨的粉末状物质（富硫聚合物层）置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将材料均匀擀在导电聚合物浆料形成的聚合物薄膜上，其工艺顺序为经过多次涂覆工艺。
作为本发明的另一优选实施例，所述压平是采用不锈钢擀面杖将材料均匀擀在导电聚合物浆料上。
优选的，所述的富硫共聚物层状电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：聚合物活性硫负载导电剂的制备
（1）按照质量比为5：1称取单质硫和聚合物单体溶液，在磁力搅拌下将两者混合物置于一个压力可调节的密闭容器中均匀混合。
（2）将压力可调节的密闭容器加热到150-190摄氏度下加热反应2-3小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在0.9 Pa到1.3 Pa之间。
（3）加热反应完成后自然冷却，并加入相应质量导电剂，再次密封容器将混合物加热到180摄氏度保温20分钟，期间在磁力搅拌速度在200转/分到1000转/分的转速下快速将混合物混合，冷却后获得聚合物活性硫负载导电剂材料。
步骤二：多层富硫共聚物层状电极的制备
（1）将上述制备的聚合物活性硫负载导电剂和粘结剂按照质量比8.5：1.5称量后在研钵内研细变成粉末状物质。
（2）先在集流体上均匀涂抹一定浓度的导电聚合物浆料，然后将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将材料均匀擀在导电聚合物上。
（3）再次在电极表面涂覆导电聚合物浆料，然后再将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将材料均匀擀在导电聚合物膜上，可获得富硫共聚物层状电极。
本发明实施例还提供一种采用上述的富硫共聚物层状电极的制备方法制备得到的富硫共聚物层状电极。
本发明实施例还提供一种所述的富硫共聚物层状电极在制备锂硫电池中的应用。
以下通过列举具体实施例对本发明的富硫共聚物层状电极的技术效果做进一步的说明。
在以下的实施例中，材料表征和电化学性能测试所用仪器包括：
形貌测试：使用场发射扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜，其设备名为FEI（扫描电子显微镜）。
电化学性能测试：使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗的进行测试。
充放电测试：使用武汉蓝电电池测试系统，电流和电压的最高量程分别为5 mA和5V。
实施例1
一种富硫共聚物层状电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：聚合物活性硫负载导电剂的制备
1）按照质量比为5：1称取单质硫和苯胺单体溶液，在磁力搅拌下将两者混合物置于一个压力可调节的反应釜容器中均匀混合；
2）将压力可调节的密闭容器加热到160摄氏度下加热反应3小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在1.0Pa；
3）加热反应完成后自然冷却，并加入相应质量导电剂，再次密封容器将混合物加热到180摄氏度保温20分钟，期间在磁力搅拌速度在260转/分的转速下快速将混合物混合，冷却后获得聚合物活性硫负载导电剂材料。
步骤二：富硫共聚物层状电极的制备
1）将上述制备的聚合物活性硫负载导电剂材料和粘结剂按照质量比8.5：1.5称量后在研钵内研细变成粉末状物质；
2）先在集流体上均匀涂抹浓度为13wt%的导电聚合物浆料（PEDOT/PSS水系导电聚合物浆料），然后将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上，形成导电聚合物浆料上覆盖富硫聚合物层的结构；
3）再次在富硫聚合物层表面涂覆导电聚合物浆料，然后再将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上。
实施例2
一种富硫共聚物层状电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：聚合物活性硫负载导电剂的制备
1）按照质量比为5：1称取单质硫和吡咯单体溶液，在磁力搅拌下将两者混合物置于一个压力可调节的三通圆底烧瓶中均匀混合；
2）将压力可调节的密闭容器加热到180摄氏度下加热反应2小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在1.2Pa；
3）加热反应完成后自然冷却，并加入相应质量导电剂（与实施例1相同），再次密封容器将混合物加热到180摄氏度保温20分钟，期间在磁力搅拌速度在500转/分的转速下快速将混合物混合，冷却后获得聚合物活性硫负载导电剂材料。
步骤二：富硫共聚物层状电极的制备
1）将上述制备的聚合物活性硫负载导电剂材料和粘结剂按照质量比8.5：1.5称量后在研钵内研细变成粉末状物质；
2）先在集流体上均匀涂抹浓度为18wt%的导电聚合物浆料（PEDOT/PSS水系导电聚合物浆料），然后将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上，形成导电聚合物浆料上覆盖富硫聚合物层的结构；
3）再次在富硫聚合物层表面涂覆导电聚合物浆料，然后再将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上。
实施例3
一种富硫共聚物层状电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：聚合物活性硫负载导电剂的制备
1）按照质量比为5：1称取单质硫和噻吩单体溶液，在磁力搅拌下将两者混合物置于一个压力可调节的三通反应器中均匀混合；
2）将压力可调节的密闭容器加热到170摄氏度下加热反应2.5小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在1.3Pa；
3）加热反应完成后自然冷却，并加入相应质量导电剂（与实施例1相同），再次密封容器将混合物加热到180摄氏度保温20分钟，期间在磁力搅拌速度在1000转/分的转速下快速将混合物混合，冷却后获得聚合物活性硫负载导电剂材料。
步骤二：富硫共聚物层状电极的制备
1）将上述制备的聚合物活性硫负载导电剂材料和粘结剂按照质量比8.5：1.5称量后在研钵内研细变成粉末状物质；
2）先在集流体上均匀涂抹浓度为13wt%的导电聚合物浆料（PEDOT/PSS水系导电聚合物浆料），然后将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上，形成导电聚合物浆料上覆盖富硫聚合物层的结构；
3）再次在富硫聚合物层表面涂覆导电聚合物浆料，然后再将研磨的粉末状物质置于均匀的导电聚合物浆料上，采用不锈钢擀面杖将粉末状物质均匀擀在导电聚合物浆料上。
实施例4
将实施例1中制备的富硫共聚物层状电极样品进行扫描电镜表征，得到的扫描电镜图见图1所示，从图1可以看出，样品具有明显的层状结构。
实施例5
将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极样品进行扫描电镜表征，得到的扫描电镜图见图2所示，图2为本发明实施例2制备的富硫共聚物层状电极的扫描电镜图（内嵌元素线性扫面曲线）。从图2可以看出，该材料为聚合物薄膜隔开的富硫聚合物结构，形成的多层层状结构。
实施例6
将实施例3中制备的富硫共聚物层状电极在滚压进行扫描电镜表征，得到的扫描电镜图见图3所示。将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极在滚压进行扫描电镜表征，得到的扫描电镜图见图4所示。可以看出，所述富硫共聚物层状电极的形貌是包括由导电聚合物浆料形成的聚合物薄膜，以及所述聚合物薄膜隔开的富硫聚合物层，通过多个聚合物薄膜以及富硫聚合物层共同形成多层层状结构，即该材料为多层层状结构，主要组成是富硫聚合物作为活性成分，导电聚合物浆料形成的高分子聚合物薄膜作为间隔层。
实施例7
将实施例3中制备的富硫共聚物层状电极样品进行元素分析表征，得到的元素分布点阵图见图5所示。从图5可以看出，该材料为富硫材料。
实施例8
将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池循环特性曲线图见图6所示。从图6可以看出，具体是充放电电流为2C，活性物质（富硫聚合物层）负载量为7.9mg/cm2下的新型锂硫电池层状硫电极循环寿命曲线，在循环次数是1000次时，比容量仍可达到597mAh/g，从而增加了电池循环稳定性，减小电池使用过程中的安全隐患，以此来提升锂硫电池整体的储电性能稳定性。
实施例9
将实施例1中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例1中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池交流阻抗曲线图见图7所示。
实施例10
将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池交流阻抗曲线图见图8所示。
实施例11
将实施例1中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例1中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池循环特性曲线图见图9所示。从图9可以看出，具体是充放电电流为0.2C，活性物质（富硫聚合物层）负载量为8.1mg/cm2下的新型锂硫电池层状硫电极循环寿命曲线，在循环次数是100次时，比容量仍可达到975mAh/g，从而增加了电池循环稳定性，减小电池使用过程中的安全隐患，以此来提升锂硫电池整体的储电性能稳定性。
实施例12
将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例2中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池循环特性曲线图见图10所示。从图10可以看出，具体是充放电电流为0.2C，活性物质（富硫聚合物层）负载量为8.2mg/cm2下的新型锂硫电池层状硫电极循环寿命曲线，在循环次数是100次时，比容量仍可达到981mAh/g，从而增加了电池循环稳定性，减小电池使用过程中的安全隐患，以此来提升锂硫电池整体的储电性能稳定性。
实施例13
将实施例3中制备的富硫共聚物层状电极样品进行电化学性能测试，具体是将实施例3中制备的富硫共聚物层状电极作为硫电极并采用现有的锂硫电池制备工艺进行制成锂硫电池，然后使用上海辰华公司生产的CHI6600E电化学工作站对电池的循环伏安和交流阻抗进行测试，得到的锂硫电池循环特性曲线图见图11所示。从图11可以看出，具体是充放电电流为2C，活性物质（富硫聚合物层）负载量为8.2mg/cm2下的新型锂硫电池层状硫电极循环寿命曲线，在循环次数是1000次时，比容量仍可达到597mAh/g，从而增加了电池循环稳定性，减小电池使用过程中的安全隐患，以此来提升锂硫电池整体的储电性能稳定性。
实施例14
与实施例3相比，除了导电聚合物浆料浓度为10wt%、电导率是201S/cm外，其他与实施例3相同。
实施例15
与实施例3相比，除了导电聚合物浆料浓度为15wt%、电导率是300S/cm外，其他与实施例3相同。
实施例16
与实施例3相比，除了导电聚合物浆料浓度为22wt%、电导率是400S/cm以上外，其他与实施例3相同。
实施例17
与实施例3相比，除了聚合物活性硫负载导电剂与粘结剂的质量比是8：1外，其他与实施例3相同。
实施例18
与实施例3相比，除了聚合物活性硫负载导电剂与粘结剂的质量比是8：2外，其他与实施例3相同。
实施例19
与实施例3相比，除了聚合物活性硫负载导电剂与粘结剂的质量比是9：1外，其他与实施例3相同。
实施例20
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是3:1，导电剂的加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的10wt%外，其他与实施例3相同。
实施例21
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是7:1，导电剂的加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的30wt%外，其他与实施例3相同。
实施例22
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是5:1，导电剂是导电炭黑，且导电剂加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的20wt%外，其他与实施例3相同。
实施例23
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是5:1，导电剂是碳纳米管，且导电剂加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的20wt%外，其他与实施例3相同。
实施例24
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是5:1，导电剂是碳纳米管，且导电剂加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的20wt%外，其他与实施例3相同。
实施例25
与实施例3相比，除了单质硫和噻吩单体溶液的质量比是5:1，导电剂是导电炭黑、碳纳米管、乙炔黑等重量混合得到的物料，且导电剂加入量是加热反应完成后自然冷却得到的物料质量的20wt%外，其他与实施例3相同。
实施例26
与实施例3相比，除了加热反应是加热到150摄氏度下加热反应2小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在0.9Pa外，其他与实施例3相同。
实施例27
与实施例3相比，除了加热反应是加热到190摄氏度下加热反应3小时，通过泄压阀控制反应器压力范围为相对大气压在1.3Pa外，其他与实施例3相同。
实施例28
与实施例3相比，除了在加入相应质量导电剂后是再次密封容器将混合物加热到170摄氏度保温10分钟外，其他与实施例3相同。
实施例29
与实施例3相比，除了在加入相应质量导电剂后是再次密封容器将混合物加热到190摄氏度保温30分钟外，其他与实施例3相同。
实施例30
与实施例3相比，除了在加入相应质量导电剂后是再次密封容器将混合物加热到185摄氏度保温20分钟，期间磁力搅拌速度在200转/分外，其他与实施例3相同。
根据以上实施例可以看出，与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
（1）本发明制备的富硫共聚物层状电极有较大的活性硫负载量，按硫元素计算负载量高达8 mg/cm2。
（2）在较高硫负载量下，有很好的电池循环稳定性。制备的锂硫电池在经过1000周的循环后，其容量保持率大于72%。
（3）消除了多硫化合物的扩散带来的安全隐患。
需要说明的是，本发明提供的富硫共聚物层状电极主要涉及电能存储系统领域，主要方向是将电能通过发明系统储存为化学能，细分方向属于锂离子电池领域，具体是利用有多层涂覆方式制备高导电性、高硫负载量的富硫共聚物电极，以此来提升锂硫电池的储电能量和循环稳定性。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种锂硫电池富硫共聚物层状电极，其特征在于，所述富硫共聚物层状电极包括依次涂覆在集流体上的至少两层的导电聚合物浆料，且每层导电聚合物浆料上都均匀设置有富硫聚合物层；其中，所述导电聚合物浆料的电导率大于200S/cm；所述富硫聚合物层是以粘结剂以及聚合物活性硫负载导电剂作为原料进行研磨混合制得，所述富硫共聚物层状电极的形貌是包括由导电聚合物浆料形成的聚合物薄膜，以及由所述聚合物薄膜隔开的多个富硫聚合物层，所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法是以单质硫和聚合物单体为原料混合后进行加热反应，冷却后加入导电剂进行加热混合，得到所述聚合物活性硫负载导电剂。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极，其特征在于，在所述富硫聚合物层中，所述聚合物活性硫负载导电剂与粘结剂的质量比是8-9：1-2。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极，其特征在于，在所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法中，单质硫和聚合物单体的质量比是3-7:1，且导电剂的加入量是所述以单质硫和聚合物单体为原料混合后进行加热反应并冷却后得到的物料质量的10-30wt%。
4.根据权利要求1所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极，其特征在于，在所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法中，所述加热反应是于密闭环境下在150-190摄氏度加热反应2-3小时，同时控制压力范围在0.9 Pa到1.3 Pa之间。
5.根据权利要求1所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极，其特征在于，在所述聚合物活性硫负载导电剂的制备方法中，所述冷却后加入导电剂进行加热混合具体是在加入导电剂后于密闭环境下进行混合并在170-190摄氏度保温10-30分钟。
6.一种如权利要求1-5任一所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在集流体表面涂覆一层导电聚合物浆料，然后将一富硫聚合物层置于涂覆在集流体表面的导电聚合物浆料上，然后压平富硫聚合物层；
2）在压平的富硫聚合物层表面涂覆一层导电聚合物浆料，然后将另一富硫聚合物层置于涂覆在压平的富硫聚合物层表面的导电聚合物浆料上，压平，得到所述富硫共聚物层状电极。
7.根据权利要求6所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极的制备方法，其特征在于，在所述的富硫共聚物层状电极的制备方法中，还包括至少重复一次以下的操作：在压平的富硫聚合物层表面涂覆一层导电聚合物浆料，然后将另一富硫聚合物层置于涂覆在压平的富硫聚合物层表面的导电聚合物浆料上，压平。
8.一种如权利要求1或2或3或4或5所述的锂硫电池富硫共聚物层状电极在制备锂硫电池中的应用。
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