[发明专利]一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法，以导电碳为导电剂、高分子聚合物为粘结剂、有机溶剂或去离子水为溶剂合成导电碳浆料；然后将导电碳浆料涂敷在S/C正极片表面，干燥后得到碳覆层膜；进而将具有碳覆层膜的S/C正极片在一定气氛、温度、时间下通过热处理调控正极片S/C层的活性硫升华、凝华过程，制备得到沿正极片到碳覆膜层载硫量依次降低的梯度结构的锂硫电池正极片。通过碳覆层膜的制备和热处理，改善了S/C界面结合、提高了电解液在正极侧的有效容留、抑制了多硫化锂的溶解流失，实现了导电碳网络的孔隙空间预留、缓释了电化学反应过程中体积膨胀，从而对正极材料的高倍率性能及循环容量保持率显著改善。

技术领域

本发明属于高性能锂硫电池制造技术领域，具体涉及一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法。

背景技术

锂硫电池正极的活性硫的理论比容量达1675mAh/g，与金属锂组装成电池的质量比能量可达2500Wh/kg，且具有无毒性、价格低廉、环境友好等特点，是下一代最具潜力的二次电池储能系统。但其商业化进程受到许多阻碍，其中以充放电过程中产生的中间产物聚硫锂易溶解流失和电化学过程中间产物的体积膨胀导致正极结构破坏最为突出。

现有的锂硫电池正极片是采用S/C正极材料粉体、导电碳、粘结剂、分散溶剂等制备正极浆料涂敷在铝箔等汇流极片表面，烘干、压实后制备得到，其正极材料涂层厚度约为10μm～70μm，有效活性硫物质担载质量50％～70％、质量密度2mg/cm²～6mg/cm²，由于电化学反应过程中活性硫产物相的40％～79％的体积膨胀，导致S/C正极材料的界面结合和结构破坏严重，同时电化学反应过程中的聚硫锂产物易溶于电解液导致正极片区域的活性硫组分流失、负极片表面SEI膜快速增长，使得充放电比容量、高倍率性能、容量保持率等电化学性能随着循环次数急剧恶化，成为锂硫电池商业化应用最大的阻碍。

因此设计一种新型正极片结构，能够将聚硫锂尽可能约束在正极侧、同时在正极碳网络内部预留一定孔隙空间来缓冲活性硫中间产物在电化学反应过程中的体积膨胀，是一种有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法，解决了现有锂硫电池正极片充放电过程中产生的中间产物聚硫锂易溶解流失和电化学过程中间产物的体积膨胀导致正极结构破坏的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法，以导电碳为导电剂、高分子聚合物为粘结剂、有机溶剂或去离子水为溶剂，合成导电碳浆料；然后将导电碳浆料涂敷在硫/碳正极片表面，干燥后得到均匀的碳覆层膜；进而将具有碳覆层膜的硫/碳正极片在通过热处理调控正极片S/C层的硫升华、凝华过程，制备得到沿正极片到碳覆膜层的载硫量依次降低的、梯度结构的锂硫电池正极片。

本发明的特点还在于，

一种梯度结构高性能锂硫电池正极片的制备方法，具体操作步骤如下：

步骤1、导电碳浆料制备：

将导电碳、粘结剂、溶剂按照质量比＝1：(0.5～2)：(5～20)比例进行均匀混合，得到粘度为2000mPa·s～6000mPa·s的导电碳浆料；

步骤2、碳覆层膜的制备：

将导电碳浆料涂覆至的硫/碳正极片表面，在大气或保护气氛环境下进行干燥后，得到具有碳覆层膜的导电碳覆层正极片；

步骤3、梯度结构的电极片的热处理：

将导电碳覆层正极片在大气或保护气氛环境下进行热处理，得到沿正极片到碳覆层膜载硫量依次降低的锂硫电池正极片，即梯度结构的正极片。