[发明专利]一种用于锂硫电池的无粘结剂正极片制备方法

说明书

本发明公开的一种用于锂硫电池的无粘结剂正极片制备方法，包括以下步骤：将预处理泡沫镍放入氧化石墨烯/硫混合物中，低速离心并冷冻干燥，得到负载有氧化石墨烯/硫混合物的泡沫镍；以所得氧化石墨烯/硫/泡沫镍为工作电极进行电化学还原反应，待反应结束后用去离子水冲洗并冷冻干燥；在盐酸中加热刻蚀泡沫镍，去离子水冲洗并冷冻干燥，得到电化学还原氧化石墨烯/硫正极片。本发明采用电化学法制备了无粘结剂、导电添加剂及集流体的硫正极，制备方法简单，省去了混料、涂片等工艺，所得电化学还原氧化石墨烯/硫可直接作为正极片，且减小了极片中非活性物质的质量，提高了锂硫电池的能量密度。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种用于锂硫电池的无粘结剂正极片制备方法。

背景技术

锂硫电池由于理论比容量高达1675mAh g^-1、比能量高达2600Wh kg^-1，且硫成本低廉、无毒、原料丰富，使得锂硫电池成为最有前景的二次电池。然而，硫及放电产物Li₂S是绝缘材料，充放电中间产物多硫化物(Li₂S_x,4≤x≤8)易溶于电解液，硫在充放电过程中体积膨胀约为80％。为解决以上问题，锂硫电池正极通常需要导电硫载体以提供导电性、抑制多硫化物脱离正极以及适应硫的体积膨胀。因此，硫正极的制备通常包括制备硫碳复合材料、混料、涂片等工艺，制备工艺繁琐，且涂片时所用粘结剂、导电添加剂会增加正极质量，减小电池的比能量密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锂硫电池的无粘结剂正极片制备方法，解决了现有制备工艺繁琐且涂片时所用粘结剂、导电添加剂会增加正极质量，减小电池的比能量密度的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种用于锂硫电池的无粘结剂正极片制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将胶状氧化石墨烯与硫混合，得到氧化石墨烯/硫混合物；

步骤2：依次在丙酮、盐酸、去离子水和无水乙醇中超声处理泡沫镍；

步骤3：将步骤2中处理得到的泡沫镍放入步骤1中得到的氧化石墨烯/硫混合物，离心并冷冻干燥，得到负载有氧化石墨烯/硫混合物的泡沫镍，即氧化石墨烯/硫/泡沫镍；

步骤4：以步骤3中得到的氧化石墨烯/硫/泡沫镍为工作电极进行电化学还原反应，待反应结束后，用去离子水冲洗工作电极并冷冻干燥，得到电化学还原氧化石墨烯/硫/泡沫镍极片；

步骤5：将步骤4中得到的电化学还原氧化石墨烯/硫/泡沫镍极片在盐酸中加热以刻蚀泡沫镍，去离子水冲洗并冷冻干燥得到电化学还原氧化石墨烯/硫极片。

本发明的特点还在于，

步骤1中量取胶状氧化石墨烯5～12mL，其浓度为6～10mg mL^-1；；取硫61.5～145.6mg。

步骤1中氧化石墨烯与硫的质量比为4～3：6～7。

步骤1中氧化石墨烯与硫的混合方法为硫少量缓慢加入胶状氧化石墨烯，磁力搅拌6～12h。

步骤2中每步超声时间均为15～20min。

步骤2中泡沫镍为圆片形且直径为12.5mm，厚度为1mm。

步骤3中离心转速为300～500rpm，离心时间为15～20min。

步骤4中采用的电化学法为恒电位法或循环伏安法，还原时间为1～3h，采用恒电位法还原时还原电位为-1.0～-1.4V，采用循环伏安法还原时还原电位为+0.9～(-1.0～-1.4)V。

步骤5中刻蚀泡沫镍所用盐酸浓度为3～6M，加热温度为60～80℃，加热时间为6～8h。