[发明专利]电池正极及其制备方法与在锂硫电池中的应用

权利要求书

1.电池正极，其特征在于设有金属集流体、正极活性物质和黏合剂，所述正极活性物质通过黏合剂涂布在金属集流体上，所述正极活性物质包括碳基/硫复合材料、导电剂。

2.如权利要求1所述电池正极，其特征在于所述碳基材料选自膨胀石墨、石墨烯、碳纳米管、介孔碳、空心碳球、氧化石墨烯中的至少一种，优选膨胀石墨。

3.如权利要求1所述电池正极，其特征在于所述硫材料选自升华硫单质(S₈)、Li₂S_n、有机硫化合物、碳硫聚合物(C₂S_x)_n中的至少一种，在Li₂S_n中，n≥1；在(C₂S_x)_n中，x的范围为2.5～50，且n≥2；优选升华硫单质(S₈)。

4.如权利要求1所述电池正极，其特征在于所述碳基/硫复合材料中按质量百分比，碳基的含量为20％～50％，硫的含量为50％～80％。

5.如权利要求1所述电池正极，其特征在于所述金属集流体的金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Pt、Au中的一种元素的单质金属或至少2种元素的合金，优选金属铜或铜合金。

6.如权利要求1所述电池正极，其特征在于所述黏合剂采用聚1,1-二氟乙烯；所述导电剂可采用乙炔黑。

7.如权利要求1所述电池正极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)先制备复合碳基/硫复合材料：

将碳基材料放入水中，超声后得碳基材料分散液；再将硫和硫化钠混合分散在水中，加入表面活性剂TX100，得到黄色多硫化物分散液；将黄色多硫化物分散液加入碳基材料分散液中，再次超声后，加入盐酸，得到碳基-硫化物混合液，在水浴下搅拌，真空抽滤，烘干后再加热处理，得碳基/硫复合材料；

2)电池正极的制备：

将步骤1)制得的碳基/硫复合材料和导电剂混合并研磨得到正极活性物质粉末，再将正极活性物质粉末和黏合剂溶液混合，制备包括黏合剂涂层的正极活性物质粉体浆料，涂布在金属集流体上，干燥除去溶剂后，即得电池正极。

8.如权利要求7所述电池正极的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述碳基材料和水的配比为(25～50)mg∶100mL，其中，碳基材料以质量计算，水以体积计算；所述水可采用去离子水；所述超声的时间可为5h；所述硫、硫化钠、水、表面活性剂TX100和盐酸的配比可为(50～75)mg∶(50～75)mg∶100mL∶10mL∶10mL，其中，硫和硫化钠以质量计算，水、表面活性剂TX100和盐酸以体积计算；所述水可采用去离子水；所述表面活性剂TX100可采用质量浓度为1％的表面活性剂TX100；所述再次超声的时间可为1h；所述水浴的温度可为70℃，搅拌的时间可为1h；所述烘干的温度可为60℃，所述加热处理的温度可为155℃，加热处理的时间可为4h；当碳基材料采用膨胀石墨时，膨胀石墨由可膨胀石墨在管式炉中，空气气氛下，800℃下处理10s得到。

9.如权利要求7所述电池正极的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述碳基/硫复合材料和导电剂的质量比为(60～90)∶(0～30)，其中，导电剂不为0；所述干燥的条件可于60℃烘箱中真空干燥10～24h；所述涂布在金属集流体上的厚度可为10～500μm。

10.如权利要求1～6任一所述电池正极在制备锂硫电池中应用；所述锂硫电池包括池体、负极、隔膜、电解液和所述电池正极；负极、隔膜和所述电池正极设在池体内，所述负极包括负极活性物质，所述负极活性物质选自锂嵌入的材料、锂合金材料和锂金属中的一种；隔膜设在负极与所述电池正极之间，池体内注入电解液；

所述电解液可包括电解质盐、有机溶剂和添加剂，所述电解质盐可选自六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，六氟砷酸锂，高氯酸锂，三氟甲磺酸锂，双(三氟甲基)磺酰亚胺锂中的至少一种；所述有机溶剂可选自苯，甲苯，乙醇，异丙醇，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基吡咯烷酮，四氢呋喃，乙酸二甲酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，碳酸乙酯，碳酸丙酯，γ-丁内酯，二甘醇二甲醚，四甘醇二甲醚，醚化合物，冠醚化合物，二甲氧基乙烷化合物，1,3-二氧戊环中的至少一种；所述添加剂可选自SO₂、NOx、CO₂、碳酸亚乙烯酯、乙酸乙烯酯、碳酸锂、硝酸锂中的至少一种；

所述隔膜可采用聚合物微孔膜，所述聚合物微孔膜可选自聚乙烯和聚丙烯微孔膜、聚乙烯和聚丙烯膜的多层微孔膜，以及上述材料表面改性之后的薄膜，所述上述材料表面改性之后的薄膜可选自陶瓷粉体涂覆在聚烯烃上的复合陶瓷隔膜，所述陶瓷粉体可选自氧化铝陶瓷粉体或氧化硅陶瓷粉体。