[发明专利]氟化石墨-硫电极的制备方法

说明书

本发明公开了氟化石墨‑硫电极的制备方法，氟化石墨和单质硫，球磨混合均匀，过筛，置于密封罐进行密封并通入惰性气体，将密封罐置于马弗炉中加热至155℃下保持5h~6h，之后继续加热至320℃下保持2h~3h，自然冷却，研磨过筛，制备得到氟化石墨‑硫复合材料；然后在纯水和分散剂羧甲基纤维素钠的混合溶液中加入氟化石墨‑硫复合材料，并搅拌；加入导电剂碳纳米管，并搅拌；加入导电剂超导炭黑，并搅拌；加入粘结剂丁苯乳胶，并搅拌；制成浆料并涂覆到铝箔集流体上，置于60℃~70℃的烘箱中烘干，即得到氟化石墨‑硫正极。

技术领域

本发明涉及一种锂电池用氟化石墨-硫电极的制备方法，属于锂电池制备领域。

背景技术

锂金属电池作为理论能量密度极高的电池体系，受到越来越多的研究关注。锂氟化石墨电池理论能量密度达到2180Wh/kg，是固体电极锂电池体系中率先商业化的一种电池，已广泛应用于应急信号灯、通信电源、心脏起搏器等仪器和设备；锂硫电池被认为是最有潜力实现商业化的新型二次锂电池体系，其理论能量密度达到2600Wh/kg，目前仍处于实验室研究阶段。两种电池体系各有优势，可以通过正极材料的优势互补，制备氟化石墨-硫电极，从而制备锂电池。

锂氟化石墨电池工作电压高、能量密度大、储存寿命长，但氟化石墨价格昂贵，且具有较低的电子电导率，在电池放电初期会引起电池极化增大，内阻增加，导致电压滞后现象，工作电压范围变窄。锂硫电池能量密度大、倍率性能好、硫的储量丰富且价格低廉，但锂硫电池在充放电过程中“穿梭效应”的存在，使得电池的容量衰减快，循环稳定性较差。

针对锂氟化石墨电池和锂硫电池存在的问题，结合两种电池电极材料的特点，制备氟化石墨-硫的复合材料并制备其电极，以达到优势互补的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供氟化石墨-硫电极的制备方法，通过分步热处理法制备氟化石墨-硫复合材料，然后制备氟化石墨-硫电极，以优势互补，改善电池的电压滞后问题，拓宽电池的电压范围，降低电池成本。

本发明中采用的技术方案为：氟化石墨-硫电极的制备方法，其制备过程包括如下步骤：包括以下步骤：（1）称取氟化石墨和单质硫，通过球磨混合均匀，过筛，得到氟化石墨与单质硫的混合粉末材料；（2）将步骤1）制备的混合粉末材料装入密封罐并抽去空气通入惰性气体，将密封罐置于马弗炉中加热至150℃~160℃下保持5h~6h，然后升温至320℃~330℃下保持2h~3h，自然冷却后研磨、过筛，即制备得到氟化石墨-硫复合材料；（3）将步骤2）制备的复合材料加入纯水和分散剂的混合液中，并搅拌；（4）在步骤3）得到的浆料中加入导电剂Ⅰ，并搅拌；（5）在步骤4）得到的浆料中加入导电剂Ⅱ，并搅拌；（6）在步骤5）得到的浆料中加入粘结剂，并搅拌；（7）将步骤6）得到的浆料均匀涂覆在铝箔集流体上，置于60℃~70℃的烘箱中烘干即可。

以上所述的复合材料、分散剂、导电剂Ⅰ、导电剂Ⅱ和粘结剂的质量比例为80：2.5：5.5：7：5。

所述的氟化石墨（CFx）的氟碳比在0.9~1.0之间。

所述的密封罐为具有抽真空功能的陶瓷罐或不锈钢罐，罐体体积在100ml~300ml之间。

所述的氟化石墨-硫（CFx/S）复合材料中硫含量以质量百分比计，硫含量在60wt.%~80wt.%之间。

所述的分散剂为羧甲基纤维素钠（CMC）。

所述的导电剂Ⅰ为碳纳米管（CNTs）。

所述的导电剂Ⅱ为超导炭黑（SuperP Li）。

所述的粘结剂为丁苯乳胶（SBR）。

本发明的有益效果：