[发明专利]一种锂硫电池用薄层状电极及其制备和应用

权利要求书

1.一种锂硫电池用薄层状电极，其特征在于：

选用低凝固点溶剂，将碳/硫复合物及碳材料混合物于低凝固点溶剂中共混，通过冷冻干燥法制备得到薄层状电极；所述低凝固点溶剂为水或莰烯；所述电极为薄层状结构，薄层状结构垂直于基底分布，薄层间距为0.05~10 μm，薄层厚度为0.05~10μm；薄层为多孔结构，其孔包括微孔、介孔和大孔，其中微孔小于2 nm，介孔为2~50 nm，大孔为50~5000 nm, 其中微孔孔容占全部孔容为20-70%；碳/硫复合物和碳材料的混合物中的碳/硫复合物：碳材料比例为2-19；所述碳材料为石墨烯；

通过冷冻干燥法制备得到薄层状电极按如下具体过程制备而成，

选用低凝固点溶剂为水时：

（1）在水中加入粘结剂，在温度为20~50 ℃下搅拌0.5~2 h，形成质量浓度为2-40%的高分子溶液；再于上述溶液中加入碳/硫复合物和碳材料的混合物在温度为20~50℃下充分搅拌2~10 h，制备成浆料；其中固含量为5~40 wt%之间；

（2） 将步骤（1）制备的浆料倾倒在基底上，刮涂成膜后快速浸没到液氮中，10 min后取出，至溶剂完全凝固； 其中，刮涂量控制硫的担载量为0.5-20mg/cm²；基底为铝箔、铜箔、碳纸或碳毡的一种；

（3）将步骤2）得到的凝固体在低温环境B下真空干燥6-24h，制备成薄层状电极；

（4）将步骤（3）制备的薄层状电极于室温~100 ℃烘干2~24 h后，得到干燥的薄层状电极；

其中，低温环境B范围在-200℃~-10℃；

选用低凝固点溶剂为莰烯时：

（1）将碳/硫复合物和碳材料直接加入到莰烯中，在温度为50-100℃下充分搅拌2~10h，制备成浆料；其中固含量为5~40 wt%之间；

（2） 将步骤（1）制备的浆料倾倒在模具中，快速浸没到液氮中，10 min后取出，至溶剂完全凝固； 其中，倾倒浆料量控制硫的担载量为0.5-20mg/cm²；

（3）将步骤（2）得到的凝固体在低温环境D下真空干燥6-24h，制备成薄层状电极；

（4）将步骤（3）制备的薄层状电极于室温~100 ℃烘干2~24 h后，得到干燥的薄层状电极；

其中，低温环境D范围在-200℃~40℃。

2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：

选用低凝固点溶剂为水时：步骤（1）中，固含量为20-30wt%；步骤（2）中担载量为4-8mg/cm²；

选用低凝固点溶剂为莰烯时：步骤（1）中，固含量为20-30wt%；步骤（2）中，担载量为2-5mg/cm²。

3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：当低凝固点溶剂为水时，粘结剂为LA系列、羧甲基纤维素-丁苯橡胶（CMC-SBR）、β-环糊精、聚乙烯醇中一种或二种以上。

4.根据权利要求3所述的电极，其特征在于：当低凝固点溶剂为水时，粘结剂为CMC-SBR。

5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：所述碳/硫复合物为碳材料与硫的复合物，其中硫的质量占碳/硫复合物总质量的20 wt%~80 wt%。

6.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：所述电极厚度为20~900 μm，孔隙率为10~90 %。

7.根据权利要求6所述的电极，其特征在于：所述电极孔隙率为70%。