[发明专利]一种氟化碳添加剂用于锂硫电池的方法及其应用

说明书

本发明涉及一类可用作锂硫电池正极材料的添加剂及其不同配比下的性能比较，属于能源存储领域。将氟化碳与活性物质硫、导电碳和粘结剂PVDF机械研磨进行复合制作锂硫电池，利用氟化碳放电生成的氟掺杂碳来提升锂硫电池的循环寿命和倍率性能。氟化碳作为锂硫电池添加剂，不仅可以在正极提供额外的导电碳，而且氟掺杂碳还可以吸附多硫化锂。使用该添加剂制备的锂硫电池具有较高的容量，循环寿命较长，稳定的充放电效率，此外原料的易得和低成本，生产工艺的简单性，反应过程无害化，这些优点有利于该方法应用于工业化实际生产。

技术领域

本发明涉及一类可用作锂硫电池正极材料的添加剂及其不同配比下的性能比较，属于能源存储领域。

背景技术

在过去的几十年中，锂离子电池因其高的安全性，而被广泛用于3C产品(计算机、通信和消费电子产品)。但是目前商用锂离子电池的能量密度较低，只有无法满足日益增长的新兴大型能源储存技术的需求，例如电动汽车和电网储能等。在众多先进的可充电电池体系中，锂硫(Li-S)电池被广泛关注且进行研究，因其具有高的理论比容量高的理论比能量(2500W h^-1)且硫在地球上非常丰富、廉价、无毒、环境友好。

虽然锂硫电池具有如此多的优点，但也存在着许多的问题制约其商业化。这些问题如下所述：1)活性物质硫和放电最终产物硫化锂是不导电的，这导致了硫的利用率低且比容量衰减较快；2)硫反应生成硫化锂导致严重的体积膨胀，大概80％；3)反应中间产物长链多硫化锂易溶于电解液，导致“穿梭效应”；4)锂负极本身的诸多问题急需解决，例如锂枝晶的生长。这些问题导致低的库伦效率、容量快速降低和活性物质硫利用率低。因此提高导电性和锂负极保护，原料来源广泛，生产技术简单的锂硫电池显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是以氟化碳为添加剂，开发高性能可商业化的锂硫电池的方法，并且提供一种电极材料废弃物废物利用的方法，即Li/氟化碳一次电池用完后，产生正极废料再锂硫电池中起到提升电化学性能的作用。

为解决本发明的技术问题，本发明的技术方案是：氟化碳添加剂用于锂硫电池的方法，将氟化碳加入到活性物质硫、导电碳和粘结剂PVDF配比为7:2:1的混合物中，进行机械研磨混合，混合后作为正极材料制作锂硫电池，利用氟化碳放电生成的氟掺杂碳来提升锂硫电池的循环寿命和倍率性能。

优选的，所述氟化碳包括氟化石墨、氟化焦炭、氟化碳纤维、氟化碳微球、氟化炭黑、氟化微晶石墨或氟化石墨微片。

优选的，将5-20％氟化碳添加剂加入到锂硫电池中。

优选的，将10％氟化碳添加剂加入到锂硫电池中。

优选的，所述氟化碳反应生成碳，增加流电极的导电性。

优选的，所述生成的氟掺杂碳可以吸附多硫化锂，从而抑制多硫化锂的穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。

优选的，所述锂硫电池的充放电电压为1.8-3.0V。

优选的，可作为能源存储应用在计算机、通信和消费电子产品领域。

一种高性能锂硫电池的制备方法，其制备过程如下：氟化碳(远征集团)用作锂硫电池的正极添加剂，单质硫用作锂硫电池的正极活性物质。