[发明专利]一种高面容量锂硫电池柔性电极的制备方法

说明书

本发明提供一种高面容量锂硫电池柔性电极的制备新方法，制备工艺简单，对设备和工艺条件的要求低，有利于推广应用。按一定质量比将单体、光引发剂、硫基复合材料、Super P混合，混合物在研钵中研磨后分散在DMF中并搅拌得到前驱体浆料，将浆料倒入聚四氟乙烯磨具中，干燥后使用Hg UV灯进行UV固化，样品表面上的照射峰强度约为1000‑5000mW cm^‑2，使单体发生聚合反应得到锂硫电池柔性电极。该工艺具有工艺简单、成本较低的优点。

技术领域

本发明涉及一种二次电池，特别涉及一种可充电锂电池，应用于电化学储能装置技术领域。

背景技术

随着便携式电子设备和新兴可穿戴技术的快速发展，人们对具有高能量密度的化学电源的需求不断加大，电池系统已逐渐成为电子设备中的性能瓶颈。目前的商用高能量密度电池系统中，锂离子电池以其较高的能量密度占据市场主导地位，但其能量密度已逼近理论极限。发展具有更高能量密度的下一代电池系统具有重要意义。

锂硫电池也因为其高达2600W·h/kg的能量密度备受关注，有望作为下一代高能量密度电池系统得到应用。锂硫电池通过锂和硫之间的可逆电化学反应储存和释放能量，其理论能量密度为现有锂离子电池的3～5倍。除此之外，锂硫电池中正极活性物质硫储量丰富、成本低廉、环境友好，这也是其优势所在。然而，硫在充放电过程中因为锂化作用转变成锂硫化物，会有80％的体积膨胀。同时硫和硫的锂化物的离子传导性和电子传导性都很差，这会导致电池的内阻偏大，而且极化严重。其次，因为硫会转变成锂硫化物，导致活性物质减少，从而使得电池的容量迅速衰减；同时，由于锂硫化物溶于电解液中，会形成严重的穿梭效应，使得库伦效率很低，活性物质损失很快。

柔性电极是指可以承受弯曲、扭转、拉伸和折叠等形变，并且在形变状态下依然能够正常工作的电极。相比于普通电极，柔性电极无需集流体和粘结剂，不仅可以克服锂硫电池在长期循环过程中由于粘结剂的失效以及铝箔集流体的腐蚀导致的电池容量衰减，而且可以提高电池的能量密度。然而，柔性电极不仅要求柔性基底可以提供较好的力学强度和较高的弹性形变空间，避免锂硫电池充放电过程中体积变化造成的破坏，而且需构建高效的导电网络，并在长周期循环过程中保持导电骨架的稳定，此外，还要求柔性基底中有足够多的空间用来载硫，同时能够对多硫化物有一定的化学吸附和物理限域等作用，从而减缓“穿梭效应”，提高活性硫材料的利用率。

近年来，国内外对柔性锂硫电池正极进行了探索研究。柔性正极的结构逐渐多样化，并且涉及聚合物、金属材料和碳材料及其复合物等多种关键材料。由于碳基材料的电化学活性和机械柔性，柔性正极的材料主要来自碳纳米管、碳纤维和石墨烯膜/纸等；另外，也有一部分正极材料由生物质碳化获得。将聚合物与正极材料结合可以有效地达到吸附多硫化物的目的。三维泡沫金属(如泡沫镍)也可以直接作为柔性基底提供导电性和机械柔性。然而，由于其大多数都是由SP²/SP³杂化碳键组成，同时考虑到其复杂的物理化学和材料化学特性，很难实现对这两种方法的精确控制，从而导致其对多硫化物的吸附作用较弱。同时，通过碳基材料的交织构成的三维导电网络的机械力学性能有待于进一步提高。同时，聚合物材料的引入不可避免的减少电极中活性硫的质量，从而降低锂硫电池的能量密度。此外，过多的孔体积将降低整个电池的质量能量密度和体积能量密度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高面容量锂硫电池柔性电极的制备新方法。本发明制备工艺简单，对设备和工艺条件的要求低，有利于推广应用。

一种高面容量锂硫电池柔性电极的制备方法，其特征在于制备过程包括如下步骤：

步骤1：将单体、光引发剂、硫质量百分含量为50-90％的硫基复合材料和Super P按质量比为(3-10): (2-8)：(70-90):(5-12)混合，混合物在研钵中研磨，然后将混合物分散在DMF溶剂中并搅拌12-36h，得到前驱体浆料；所述单体选自乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚乙二醇酯或者聚乙二醇双丙烯酸酯中的一种或几种；