CN104716297B - 一种亲油硫电极的制备方法 - Google Patents

一种亲油硫电极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104716297B
CN104716297B CN201310694702.XA CN201310694702A CN104716297B CN 104716297 B CN104716297 B CN 104716297B CN 201310694702 A CN201310694702 A CN 201310694702A CN 104716297 B CN104716297 B CN 104716297B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon
silicone oil
electrode
sulfur
slurry
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310694702.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104716297A (zh
Inventor
王美日
张华民
张洪章
张益宁
马艺文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201310694702.XA priority Critical patent/CN104716297B/zh
Publication of CN104716297A publication Critical patent/CN104716297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104716297B publication Critical patent/CN104716297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种亲油硫电极的制备方法，将硅油渗透至正极多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极，亲油硫电极中硅油的质量含量为0.2～30%；利用硅油的亲油性，使电解液均匀浸润至电极内部，尤其在高载量硫电极中有效地实现锂离子的传导，从而保证了高载量单质硫的电化学性能的发挥。并且，硅油中含有的硅氧键能在放电过程中有效地结合多硫化锂，抑制由于多硫化物溶解穿梭引起的自放电现象，从而实现了提高锂硫电池库仑效率及循环稳定性地目的。

Description

一种亲油硫电极的制备方法
技术领域
本发明涉及锂硫电池正极及其制备方法，特别涉及一种高亲油性硫电极。
背景技术
近年来，随着科技的不断进步，各种电子产品的快速发展，要求所用的化学电源具有质量轻、体积小、容量大等特点。要想适应社会的需求，大幅度提高电池的能量密度，新材料和新体系的开发是必须的。
锂硫电池是一种以金属锂为负极、单质硫为正极的二次电池，其比能量理论上可达到2600Wh/kg，实际能量密度目前能达到400Wh/kg,未来几年内极有可能提高到600Wh/kg左右,同时单质硫正极材料具有来源丰富、价格便宜、环境友好等优点，被认为是当前最具研究吸引力的二次电池体系之一。
然而，研究近30年，除了近年来少数公司在高端领域里的应用示范外，锂硫电池仍然不能商业化生产。这是因为电池自身固有的一些严重缺陷还没有得到很好的解决，例如，实际的锂硫电池能量密度不高是限制其实际应用的关键因素之一。要想提高整个电池的能量密度，就要提高正极活性物质担量。由此引起的电极皴裂、电荷及离子转移电阻偏高，容量发挥不高、电池循环稳定性差等问题噬待解决。
要想将这些问题改善，达到实用化的水平，就要想办法在不影响电池放电容量的条件下提高正极活性物质的担量，因此，提高高载量硫电极的亲油性，使电解液充分浸润，降低锂离子的传导阻力刻不容缓。
目前，改善锂硫电池锂离子扩散阻力的方法主要是在正极中构建百纳米极的孔道，然而此措施带来的后果是加剧了放电过程中多硫化锂的溶解流失，造成电池放电容量降低，循环稳定性降低的后果。因此，开发新的改善锂硫电池中锂离子的传导的方法是必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的对电解液具有高浸润性的硫电极及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：将碳硫复合物、导电剂、粘结剂在溶剂中混合均匀后刮涂或涂覆至碳粉整平的碳布或碳纸上，干燥制得正极多孔电极，然后将硅油渗透至多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极。利用硅油的亲油性，使电解液均匀浸润至电极内部，尤其在高载量硫电极中有效地实现锂离子的传导，从而保证了高载量单质硫的电化学性能的发挥。并且，硅油中含有的硅氧键能在放电过程中有效地结合多硫化锂，抑制由于多硫化物溶解穿梭引起的自放电现象，从而实现了提高锂硫电池库仑效率及循环稳定性地目的。
一种亲油硫电极的制备方法，在碳粉整平的碳布或碳纸上刮涂或涂覆由碳硫复合物与粘结剂混合的浆料、或碳硫复合物、导电剂与粘结剂混合的浆料，干燥制得正极多孔电极，电极中硫担量为（2.0-5.0）mg/cm2，将硅油渗透至正极多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极，亲油硫电极中硅油的质量含量为0.2～30%,其中优选1～10%。
所述亲油硫电极的制备方法，
(1)将碳粉与粘结剂加入到分散剂中，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50%，得到浆料A;碳粉与粘结剂质量比为(99:1)～(90:10)；
(2)将浆料A均匀涂覆在碳纸或碳布上，经温度为20℃～90℃条件下干燥后,得到带整平层的极片B；
(3)将碳硫复合物与粘结剂加入到分散剂中，加入或不加入导电剂，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50%，得到浆料C；所述的碳硫复合物、导电剂、粘结剂的质量比为(70-90):(0-20)：10；
(4)将浆料C均匀涂覆在极片B，经温度为50℃～120℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D；
(5)将硅油与易挥发溶剂超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤5-20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中100-170℃保温10-120min，得到亲油多孔硫电极。
所述的碳粉整平的碳布或碳纸中的碳粉为乙炔黑、油炉碳、珍珠黑、科琴碳黑中的一种或两种，其在碳纸或碳布上的涂覆厚度为10-50μm。所述的碳硫复合物中的碳为活性炭、炭气凝胶、石墨烯、氧化石墨、膨胀石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳中的一种或二种以上混合物，其占碳硫复合物的质量百分比为10-50％；所述的导电剂为乙炔黑、炭黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳中的一种或二种以上，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸的一种或二种以上。所述碳纸或碳布整平层用的。所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮、水中的一种。所述的硅油为二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、二乙基硅油、乙基含氢硅油、甲基烷氧基硅油中的一种，所述的硅油粘度为5-100mPa·S；所述的易挥发溶剂为异丙醇、四氯化碳、二氯甲烷、汽油、煤油、丙酮中的一种；所述的硅油与易挥发溶剂的体积比为1:（0.5-10）。
与现有技术相比，本发明具有如下优点:
提高高载量硫电极的亲油性，使电解液充分浸润，降低锂离子的传导阻力,提高高载量硫电极的放电容量是本发明的突出优点。
(1).本发明提供的对电解液具有高浸润性的硫电极，制备过程简单可行，原料成本低，适合于大规模放大。
(2).本发明提供的对电解液具有高浸润性的硫电极，与传统的锂硫电池相比，尤其在高载量硫电极中能有效地实现锂离子的传导，从而保证了高载量单质硫的电化学性能的发挥。在电极中单质硫担量大于3.5mg/cm2条件下，添加硅油的电极放电容量较传统电极提高300mAh/g。
(3).本发明提供的对电解液具有高浸润性的硫电极，硅油中含有的硅氧键能在放电过程中有效地结合多硫化锂，抑制由于多硫化物溶解穿梭引起的自放电现象，从而实现了提高锂硫电池库仑效率及循环稳定性地目的。添加硅油的电极在循环次数相同的情况下，容量保持率较传统电极提高30%。
附图说明
图1为实施例3制备的亲油硫电极与传统锂硫电池放电容量对比(硫担量4.5mg/cm2;电池放电倍率0.1C；截至电压1.5V～2.8V，电解液：1mol/l二－三氟甲基磺酸酰亚胺锂/(二甘醇二甲醚：1，3－二氧戊环，V:V=1:1),测试温度30℃)；
图2.为实施例3制备的亲油硫电极与传统锂硫电极库仑效率及循环稳定性对比(硫担量4.5mg/cm2,电池放电倍率0.1C；截至电压1.5V～2.8V，电解液：1mol/l二－三氟甲基磺酸酰亚胺锂/(二甘醇二甲醚：1，3－二氧戊环，V:V=1:1),测试温度30℃)。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作详细描述，但是本发明不仅限于实施例。
实施例1
将油炉碳(XC-72)与聚偏氟乙烯按9：1的比例加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为5%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在Torry060碳纸上，经温度为90℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳纸上的涂覆厚度为10μm；将50％硫－碳纳米管复合物、乙炔黑与聚偏氟乙烯按7：2：1加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为15%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为50℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D，硫担量为3.5mg/cm2。将甲基含氢硅油（硅油粘度为5Pa·S）与异丙醇按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中100℃保温120min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为0.2％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例2
将油炉碳(XC-72)与聚四氟乙烯按99：1的比例加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为50%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在Torry090碳纸上，经温度为50℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳纸上的涂覆厚度为50μm；将90％硫－炭气凝胶复合物、碳纳米管与聚四氟乙烯按8：1：1加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为5%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为90℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为0.5mg/cm2。将甲基苯基硅油（硅油粘度为100Pa·S）与四氯化碳按1：0.5体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中170℃保温10min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为30％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例3
将油炉碳(XC-72)与聚偏氟乙烯按9：1的比例加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在Torry060碳纸上，经温度为90℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳纸上的涂覆厚度为10μm；将50％硫－活性碳复合物、乙炔黑与聚偏氟乙烯按9：0：1加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为15%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为50℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为4.5mg/cm2。将二甲基硅油（硅油粘度为15Pa·S）与异丙醇按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中100℃保温30min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为2％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。（图1、图2），从图1结果可以看出，添加硅油后，电池的首圈放电容量较传统电极放电容量提高300mAh/g以上。因此，本发明提供的方法是有效的。
图2的结果可以看出，采用本发明提供的方法测试的电池循环20次后，电池库仑效率能达到95％以上，较改进前提高了20％～30％；循环20次，容量保持率为90％，较改进前提高了30％。可见，本发明提供的对电解液具有高浸润性的硫电极，具有较好的效果。添加硅油后，锂硫电池表现出高的库仑效率和良好的循环稳定性。
实施例4
将珍珠黑(BP2000)与聚乙烯醇按9：1的比例加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为10μm；将70％硫－石墨烯、乙炔黑与聚乙烯醇按9：0：1加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为50%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为60℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为5mg/cm2。将二乙基硅油（硅油粘度为50Pa·S）与二氯甲烷按1：2体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤5分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中120℃保温60min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为5％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例5
将珍珠黑(BP2000)与聚丙烯酸按9：1的比例加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为20μm；将70％硫－纳米纤维、石墨与聚丙烯酸按8：1：1加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为20%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为60℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为2mg/cm2。将乙基含氢硅油（硅油粘度为90Pa·S）与汽油按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中150℃保温20min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为10％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例6
将科琴碳黑(KB300)与羧甲基纤维素钠按9：1的比例加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为50μm；将70％硫－氧化石墨、碳黑与羧甲基纤维素钠按8：1：1加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为90℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为4mg/cm2。将甲基烷氧基硅油（硅油粘度为10Pa·S）与丙酮按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中150℃保温20min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为20％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例7
将科琴碳黑(KB600)与羧甲基纤维素钠按9：1的比例加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为20μm；将70％硫－氧化石墨、碳黑与羧甲基纤维素钠按8：1：1加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为90℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为3.5mg/cm2。将甲基烷氧基硅油（硅油粘度为30Pa·S）与丙酮按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中150℃保温20min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为0.5％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例8
将乙炔黑与羧甲基纤维素钠按9：1的比例加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为20μm；将70％硫－纳米纤维、碳纳米管与羧甲基纤维素钠按8：1：1加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为90℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为4.0mg/cm2。将二甲基硅油（硅油粘度为30Pa·S）与丙酮按1：5体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中120℃保温30min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为1％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例9
将乙炔黑与羧甲基纤维素钠按9：1的比例加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为20μm；将70％硫－纳米纤维、碳纳米管与羧甲基纤维素钠按8：1：1加入到水中，进行充分搅拌，其中，固含量为10%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为90℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为4.0mg/cm2。将甲基烷氧基硅油（硅油粘度为5Pa·S）与丙酮按1：10体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中150℃保温20min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为15％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。
实施例10
将珍珠黑(BP2000)与聚乙烯醇按9：1的比例加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为5%，得到浆料A;将浆料A均匀涂覆在碳布上，经温度为80℃条件下干燥后,得到极片B，其在碳布上的涂覆厚度为50μm；将60％硫－介孔炭、乙炔黑与聚乙烯醇按9：0：1加入到N-甲基吡咯烷酮中，进行充分搅拌，其中，固含量为5%，得到浆料C；将浆料C均匀涂覆在极片B上，经温度为60℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D,硫担量为3.86mg/cm2。将二乙基硅油（硅油粘度为60Pa·S）与煤油按1：1体积比超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤10分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中170℃保温10min，得到亲油多孔硫电极，硫电极中硅油的质量含量为3％。电池测试，该材料具有较高的库仑效率和优异的循环稳定性。

Claims (6)

1.一种亲油硫电极的制备方法，在碳粉整平的碳布或碳纸上涂覆由碳硫复合物与粘结剂混合的浆料，或碳硫复合物、导电剂与粘结剂混合的浆料；干燥制得正极多孔电极，电极中硫担量为(2.0-5.0)mg/cm2，其特征在于：将硅油渗透至正极多孔电极内部，干燥后制得多孔的亲油硫电极，亲油硫电极中硅油的质量含量为0.2～30％。
2.根据权利要求1所述亲油硫电极的制备方法，其特征在于：
1)将碳粉与粘结剂加入到分散剂中，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50％，得到浆料A；碳粉与粘结剂质量比为(99∶1)～(90∶10)；
2)将浆料A均匀涂覆在碳纸或碳布上，经温度为20℃～90℃条件下干燥后,得到带整平层的极片B；
3)将碳硫复合物与粘结剂加入到分散剂中，加入或不加入导电剂，进行充分搅拌，其中，固含量为5～50％，得到浆料C；所述的碳硫复合物、导电剂、粘结剂的质量比为(70-90)∶(0-20)：10；
4)将浆料C均匀涂覆在极片B，经温度为50℃～120℃条件下干燥后,得到传统的锂硫电池的正极极片D；
5)将硅油与易挥发溶剂超声混合均匀，得到硅油混合液，将极片D放在布氏漏斗上，滴加硅油混合液于极片上，待其分散均匀后，真空抽滤5-20分钟，待溶剂完全渗透至电极中后，在干燥箱中100-170℃保温10-120min，得到亲油多孔硫电极。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的碳粉整平的碳布或碳纸中的碳粉为乙炔黑、油炉碳、珍珠黑、科琴碳黑中的一种或两种，其在碳纸或碳布上的涂覆厚度为10-50μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的碳硫复合物中的碳为活性炭、炭气凝胶、石墨烯、氧化石墨、膨胀石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳中的一种或二种以上混合物，其占碳硫复合物的质量百分比为10-50％；所述的导电剂为炭黑、石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳中的一种或二种以上，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸的一种或二种以上。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮、水中的一种。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的硅油为二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氢硅油、二乙基硅油、乙基含氢硅油、甲基烷氧基硅油中的一种，所述的硅油粘度为5-100mPa·S；所述的易挥发溶剂为异丙醇、四氯化碳、二氯甲烷、汽油、煤油、丙酮中的一种；所述的硅油与易挥发溶剂的体积比为1∶(0.5-10)。
CN201310694702.XA 2013-12-15 2013-12-15 一种亲油硫电极的制备方法 Active CN104716297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310694702.XA CN104716297B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种亲油硫电极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310694702.XA CN104716297B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种亲油硫电极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104716297A CN104716297A (zh) 2015-06-17
CN104716297B true CN104716297B (zh) 2017-02-15

Family

ID=53415421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310694702.XA Active CN104716297B (zh) 2013-12-15 2013-12-15 一种亲油硫电极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104716297B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106328896B (zh) * 2016-09-29 2019-01-04 成都新柯力化工科技有限公司 一种石墨烯网络硫电极材料及制备方法
CN106630019B (zh) * 2016-11-08 2018-03-09 太原理工大学 一种电控还原单质硫去除废水中重金属离子的方法
EP3915165A1 (en) * 2019-01-25 2021-12-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. An electric energy storage device
CN112968158B (zh) * 2021-03-02 2023-01-06 欣旺达电动汽车电池有限公司 有机硅硫正极材料及其制备方法、正极极片和锂硫电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101529625A (zh) * 2006-09-04 2009-09-09 株式会社Lg化学 含有高聚合度聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物作为粘合剂的电极材料和使用所述电极材料的锂二次电池
CN101880031A (zh) * 2010-07-06 2010-11-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 微乳液法制备纳米硫颗粒

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101529625A (zh) * 2006-09-04 2009-09-09 株式会社Lg化学 含有高聚合度聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物作为粘合剂的电极材料和使用所述电极材料的锂二次电池
CN101880031A (zh) * 2010-07-06 2010-11-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 微乳液法制备纳米硫颗粒

Also Published As

Publication number Publication date
CN104716297A (zh) 2015-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Ultralight carbon flakes modified separator as an effective polysulfide barrier for lithium-sulfur batteries
CN107275671A (zh) 一种抑制锂枝晶的电解液及制备方法和锂电池
Xia et al. Nitrogen and oxygen dual-doped hierarchical porous carbon derived from rapeseed meal for high performance lithium–sulfur batteries
CN102916195B (zh) 一种石墨烯包覆氧化铜复合负极材料及其制备方法
CN103606642B (zh) 一种共轭有机框架化合物/硫复合材料的制备方法及应用
CN106654215A (zh) 生物小分子与石墨烯复合材料功能膜及其制备方法
CN105932253B (zh) SiO2@SnO2包覆结构锂离子负极材料及其制备方法和应用
CN113594415B (zh) 抑制锂硫电池穿梭效应的三明治独立正极及其制备方法
Wang et al. Design and construction of a three‐dimensional electrode with biomass‐derived carbon current collector and water‐soluble binder for high‐sulfur‐loading lithium‐sulfur batteries
CN107959005A (zh) 一种过渡金属硫化物与石墨烯的复合材料及其制备方法与应用
CN104716297B (zh) 一种亲油硫电极的制备方法
CN107140633A (zh) 一种生物质衍生的超高比表面积活性炭的制备方法及其应用
CN104659333A (zh) 锂离子二次电池Mg2Si/SiOx/C复合负极材料膜电极的制备方法
CN108258209A (zh) 一种碳化物/碳纳米管/石墨烯载硫复合材料及其制备方法与应用
CN108682862A (zh) 一种锂离子电池硅基负极片的制备方法
CN107946553A (zh) 高石墨化三维碳纳米管石墨烯复合材料及其制备与应用
CN107681130A (zh) 一种固体电解质的锂硫电池正极材料的制备方法
CN105390683A (zh) 一种锂离子电池硫基负极材料及其应用
CN105742572A (zh) 一种三维导电网络支撑的多孔硅纳米材料及其制备方法和用途
CN104752682B (zh) 一种锂硫电池的硫/碳复合正极材料制备方法
CN106340631A (zh) 锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池
Wang et al. Hierarchical micro-mesoporous carbon prepared from waste cotton textile for lithium-sulfur batteries
CN107978736A (zh) 金属合金/碳管/石墨烯载硫复合正极材料及其制备方法与应用
CN104638248A (zh) 一种石墨烯/铅化合物复合材料的制备方法
Li et al. Lithium fluoride as an efficient additive for improved electrochemical performance of Li-S batteries

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant