[发明专利]一种锂硫电池多层复合正极及其制备方法

权利要求书

1.一种锂硫电池多层复合正极，其特征在于：该多层复合正极由四层复合而成，依次为：第一石墨烯薄膜层、碳/硫活性物质层、第二石墨烯薄膜层和聚合物层；其中：所述第一石墨烯薄膜层是将石墨烯片在溶剂中或含表面活性剂的溶剂中超声分散0.5-2h，然后抽滤成膜获得；所述碳/硫活性物质层是由单质硫、碳材料及粘结剂以(4～8):(1～5):1的重量比例混合组成；所述第二石墨烯薄膜层是将石墨烯片在溶剂中超声分散0.5-2h后抽滤到聚合物层上获得；所述聚合物层为孔径分布范围为10～1000nm的聚丙烯微孔隔膜、聚乙烯微孔隔膜、聚偏氟乙烯隔膜或纤维素复合膜隔膜。

2.根据权利要求1所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述第一石墨烯薄膜层其膜层厚度为5～50μm，电导率为600～900S/cm；所述第二石墨烯薄膜层厚度为0.5～10μm；所述碳/硫活性物质层的厚度为5～100μm。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述石墨烯片的层数在10层以下、横向尺寸在1微米以上，碳氧比在20以上。

4.根据权利要求3所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述石墨烯片的层数3～8层、横向尺寸5～50微米，碳氧比20～120。

5.根据权利要求1所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述溶剂为醇类、酮类、醛类、有机酸、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、氯苯或二氯苯，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂的溶液浓度为0.1-5wt%。

6.根据权利要求1所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述碳/硫活性物质层中的碳材料为导电炭黑、中孔碳、微孔碳球、层次孔碳、活性碳、空心碳球、碳纳米管、碳纤维、富勒烯或石墨烯；所述粘结剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇或改性丁苯橡胶；将单质硫、碳材料及粘结剂混合的方式为机械混合、球磨或超声混合。

7.根据权利要求1或6所述的锂硫电池多层复合正极，其特征在于：所述锂硫电池多层复合正极中，石墨烯含量为10～20wt%，单质硫含量为50～60wt%，导电碳材料及粘结剂含量为10～20wt%，其余为聚合物，整个正极容量在0.2C时大于900mAh·g^-1。

8.根据权利要求1-7任一所述的锂硫电池多层复合正极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）在第一石墨烯薄膜层的一个表面上均匀铺上碳/硫活性物质浆料，然后采用刮刀均匀涂覆后干燥，干燥温度为30～120℃，干燥的时间为0.5～24h，从而在第一石墨烯薄膜层的一个表面上形成碳/硫活性物质层。

（2）将石墨烯在溶剂中超声分散0.5-2h后抽滤到聚合物层上，获得第二石墨烯薄膜层与聚合物层的复合薄膜，然后将复合薄膜中的第二石墨烯薄膜层与碳/硫活性物质层叠加形成锂硫电池多层复合正极。

9.根据权利要求8所述的锂硫电池多层复合正极的制备方法，其特征在于：所述碳/硫活性物质浆料是由单质硫、碳材料及粘结剂按(4～8):(1～5):1的重量比例混合组成。