阅读说明：本技术 一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法 (Preparation method of soft-hard double-layer sulfur lithium battery anode ) 是由 冯拉俊 卢曼 沈文宁 王芳芳 于 2020-03-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法,首先由鸡蛋清制备多孔碳粉末,用聚四氟乙烯粘结剂将制备的多孔碳粉末拌为浆料,然后将浆料涂覆在多孔的聚丙烯膜的一侧,把有浆料的聚丙烯膜的涂覆层黏贴在原有的固体硫锂电池的阳极上,制备出两层硫锂电池阳极,原来的硫锂电池阳极为固体,而涂覆的膜阳极为塑性,实现软硬结合的双层硫锂电池阳极。本发明解决了现有技术中存在的电池的效率低、电池的寿命短的问题。(The invention discloses a preparation method of a soft and hard double-layer lithium sulfur battery anode, which comprises the steps of firstly preparing porous carbon powder from egg white, stirring the prepared porous carbon powder into slurry by using a polytetrafluoroethylene binder, then coating the slurry on one side of a porous polypropylene film, and adhering a coating layer of the polypropylene film with the slurry to an original solid lithium sulfur battery anode to prepare a two-layer lithium sulfur battery anode, wherein the original lithium sulfur battery anode is solid, and the coated film anode is plastic, so that the soft and hard combined double-layer lithium sulfur battery anode is realized. The invention solves the problems of low efficiency and short service life of the battery in the prior art.)

一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法。

背景技术

硫锂电池的容量大，环境友好，是一种具有潜力的商用电池。硫锂电池以硫为阳极，由于硫不导电，很难将失去的电子传输出来，为此人们采用了复合电极。复合电极大多数为碳和硫复合材料，这样硫将失去的电子传输给碳材料，碳材料将电子传输出去，但固体硫失去电子就成为液体的硫化物，例如，S-S失去电子变为液体Li₂S₈,Li₂S₈继续失去电子变为液体Li₂S₆等，液体的硫化物在溶液中不能放电，只能在碳材料的表面放电，除此之外，液体硫化物还容易流入到电池的阴极，这样没有反应完全的硫化物就不能继续放电，大大的降低了硫锂电池的电流效率。为此人们进一步的研究，将硫锂电池的阳极制备为多孔材料，使生成的液体硫化物保持在小孔内部。这种方法很好的提高了硫锂电池的效率，但新的问题是，硫反应生成的硫化物，体积增大了2倍以上，体积膨胀使多孔的碳硫电池的小孔发生了塌陷，小孔的塌陷，使电池的阳极表面减少，放电的速度变小，另外，体积膨胀，又将反应生成的部分硫化物挤出小孔的外部，挤出的硫化物，部分流向了阴极，专业上称之为穿梭效应，也使电池的效率降低，电池的寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是提供一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，解决了现有技术中存在的电池的效率低、电池的寿命短的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，首先由鸡蛋清制备多孔碳粉末，用聚四氟乙烯粘结剂将制备的多孔碳粉末拌为浆料，然后将浆料涂覆在多孔的聚丙烯膜的一侧，把有浆料的聚丙烯膜的涂覆层黏贴在原有的固体硫锂电池的阳极上，制备出两层硫锂电池阳极，原来的硫锂电池阳极为固体，而涂覆的膜阳极为塑性，实现软硬结合的双层硫锂电池阳极。

本发明的特点还在于，

具体按照以下步骤实施：

步骤1、多孔碳粉末的制备：在鸡蛋清中加入NaHCO₃，NaHCO₃在鸡蛋清中的浓度为0.2-0.25mol/l，然后搅拌均匀，停滞，使鸡蛋清发泡，然后将发泡的鸡蛋清进行冷冻，再将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中锻烧，得到多孔碳材料，最后将多孔碳材料进行研磨；

步骤2、在步骤1制备的多孔碳粉末中加入1.5-2.0wt％的聚四氟乙烯粘结剂，搅拌均匀得到浆料；

步骤3、将步骤2得到的浆料涂刷在聚丙烯网膜其中一侧的表面，然后放入真空环境中一段时间，得到一面为导电、另一面为绝缘的聚丙烯网膜；

步骤4、在步骤3得到的聚丙烯网膜含涂层一侧的边缘涂聚四氟乙烯粘结剂，粘贴膜在原有硫锂电池多孔碳硫阳极表面，此时，硫锂电池阳极的外侧为绝缘的聚丙烯膜，得到软硬双层硫锂电池阳极；

步骤5，将步骤4得到的软硬双层硫锂电池阳极放入硫锂电池电解液中浸泡，待软硬双层硫锂电池阳极饱和吸附了电解液后，将双层硫锂电池阳极的聚丙烯膜一侧朝向阴极安装硫锂电池即可。

步骤1中停滞时间控制为1-1.5小时。

步骤1中将发泡的鸡蛋清进行冷冻的温度控制为-10—-15℃，冷冻时间为1-1.5小时。

步骤1中将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中煅烧的温度为650-700℃，煅烧时间为40-45min。

步骤1中将得到的多孔碳材料进行研磨至20-30μm以下。

步骤3中浆料在聚丙烯网膜表面涂刷厚度为0.2-0.4mm。

步骤3中真空环境温度为50-60℃，涂刷有浆料的聚丙烯网膜在真空环境中放置时间为2-4小时。

步骤5中软硬双层硫锂电池阳极在硫锂电池电解液中浸泡时间最少为3小时。

本发明的有益效果是，一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，聚丙烯一侧涂多孔碳粉末材料，这种多孔碳材料由鸡蛋清制备，它含有天然的N和O等元素，N的加入，提高了碳材料的导电性，O提高了碳材料表面的吸附能力，使它容易吸附硫化物。医用口罩材料有过滤的小孔，涂了多孔碳粉末后，使孔径变得更小，能够有效的阻止Li₂S₈、Li₂S6等物质的穿梭，只能使硫锂电池中半径较小的Li离子穿过。当固体的碳硫电池放电，固体S-S放电生产液相的Li₂S₈，溶液的体积膨胀，硫锂电池阳极中的小孔被填满，部分被排出进入了小孔外，排出的硫化物，被外侧的聚丙烯膜阻挡，聚丙膜与原有的多孔碳硬阳极之间形成了一个夹缝，相当于排出的硫化物仍旧在小孔内，聚丙烯材料有一定的塑性，有效的防止了由于体积膨胀引起多孔材料塌陷和阳极界面减少，放电效率变低的缺陷发生；当流入小孔外的硫化物被软的聚丙烯一侧的碳膜阻挡后，这种碳膜有较强的吸附能力，吸附它在膜的表面，有利于进行进一步的放电，这种膜阻挡硫化物穿梭，相当提高了放电物质的浓度，软的聚丙烯膜的导电层，增大了阳极的反应界面，提高了放电速度，相当降低了电池的内阻，使电池的效率更高，充放电次数增多，容量增大，寿命提高。

附图说明

图1是对本发明的软硬硫锂电池阳极在倍率分别为0.05C、0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C下进行的倍率性能测试图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，首先由鸡蛋清制备多孔碳粉末，用聚四氟乙烯粘结剂将制备的多孔碳粉末拌为浆料，然后将浆料涂覆在多孔的聚丙烯膜的一侧，把有浆料的聚丙烯膜的涂覆层黏贴在原有的固体硫锂电池的阳极上，制备出两层硫锂电池阳极，原来的硫锂电池阳极为固体，而涂覆的膜阳极为塑性，实现软硬结合的双层硫锂电池阳极。

具体按照以下步骤实施：

步骤1、多孔碳粉末的制备：在鸡蛋清中加入NaHCO₃，NaHCO₃在鸡蛋清中的浓度为0.2-0.25mol/l，然后搅拌均匀，停滞，停滞时间控制为1-1.5小时，使鸡蛋清发泡，然后将发泡的鸡蛋清进行冷冻，冷冻的温度控制为-10～-15℃，冷冻时间为1-1.5小时，再将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中锻烧，煅烧温度为650-700℃，煅烧时间为40-45min，得到多孔碳材料，最后将多孔碳材料进行研磨，研磨至20-30μm以下；

步骤2、在步骤1制备的多孔碳粉末中加入1.5-2.0wt％的聚四氟乙烯粘结剂，搅拌均匀得到浆料；

步骤3、将步骤2得到的浆料涂刷在聚丙烯网膜其中一侧的表面，涂刷厚度为0.2-0.4mm，然后放入真空环境中一段时间，真空环境温度为50-60℃，涂刷有浆料的聚丙烯网膜在真空环境中放置时间为2-4小时，得到一面为导电、另一面为绝缘的聚丙烯网膜；

步骤4、在步骤3得到的聚丙烯网膜含涂层一侧的边缘涂聚四氟乙烯粘结剂，粘贴膜在原有硫锂电池多孔碳硫阳极表面，此时，硫锂电池阳极的外侧为绝缘的聚丙烯膜，得到软硬双层硫锂电池阳极；

步骤5，将步骤4得到的软硬双层硫锂电池阳极放入硫锂电池电解液中浸泡，浸泡时间最少为3小时，待软硬双层硫锂电池阳极饱和吸附了电解液后，将双层硫锂电池阳极的聚丙烯膜一侧朝向阴极安装硫锂电池即可。

本发明是在原来的多孔碳阳极表面贴一层聚丙烯多孔膜，聚丙烯多孔膜为市售的医用的口罩内侧材料，它含有较小的空隙，在这种膜的一侧涂刷一层多孔碳，这样的设计可以使挤出的硫化物流到两个夹层之间，医用聚丙烯材料为塑性材料附有弹性，有效的防止了原有多孔碳材料因体积膨胀而塌陷，网状的聚丙烯膜又阻止了硫化物流向阴极，减少了穿梭过程的发生，因此本发明有效的提高了硫锂电池的电流效率和电池的寿命。

实施例1

本发明一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、多孔碳粉末的制备：在75ml鸡蛋清中加入0.2mol/l NaHCO₃，然后搅拌均匀，停滞，停滞时间控制为1小时，使鸡蛋清发泡，然后将发泡的鸡蛋清进行冷冻，冷冻的温度控制为-10℃，冷冻时间为1小时，再将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中锻烧，煅烧温度为650℃，煅烧时间为40min，得到多孔碳材料，最后将多孔碳材料进行研磨，研磨至20μm以下；

步骤2、在步骤1制备的多孔碳粉末中加入1.5wt％的聚四氟乙烯粘结剂，搅拌均匀得到浆料；

步骤3、将步骤2得到的浆料涂刷在聚丙烯网膜其中一侧的表面，涂刷厚度为0.2mm，然后放入真空环境中一段时间，真空环境温度为50℃，涂刷有浆料的聚丙烯网膜在真空环境中放置时间为4小时，得到一面为导电、另一面为绝缘的聚丙烯网膜；

步骤4、在步骤3得到的聚丙烯网膜含涂层一侧的边缘涂聚四氟乙烯粘结剂，粘贴膜在原有硫锂电池多孔碳硫阳极表面，此时，硫锂电池阳极的外侧为绝缘的聚丙烯膜，得到软硬双层硫锂电池阳极；

步骤5，将步骤4得到的软硬双层硫锂电池阳极放入硫锂电池电解液中浸泡，浸泡时间最少为3小时，待软硬双层硫锂电池阳极饱和吸附了电解液后，将双层硫锂电池阳极的聚丙烯膜一侧朝向阴极安装硫锂电池即可。

实施例2

本发明一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、多孔碳粉末的制备：在75ml鸡蛋清中加入NaHCO₃，NaHCO₃在鸡蛋清中的浓度为0.22mol/l，然后搅拌均匀，停滞，停滞时间控制为1.2小时，使鸡蛋清发泡，然后将发泡的鸡蛋清进行冷冻，冷冻的温度控制为-12℃，冷冻时间为1.3小时，再将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中锻烧，煅烧温度为680℃，煅烧时间为42min，得到多孔碳材料，最后将多孔碳材料进行研磨，研磨至25μm以下；

步骤2、在步骤1制备的多孔碳粉末中加入1.8wt％的聚四氟乙烯粘结剂，搅拌均匀得到浆料；

步骤3、将步骤2得到的浆料涂刷在聚丙烯网膜其中一侧的表面，涂刷厚度为0.3mm，然后放入真空环境中一段时间，真空环境温度为55℃，涂刷有浆料的聚丙烯网膜在真空环境中放置时间为3小时，得到一面为导电、另一面为绝缘的聚丙烯网膜；

步骤4、在步骤3得到的聚丙烯网膜含涂层一侧的边缘涂聚四氟乙烯粘结剂，粘贴膜在原有硫锂电池多孔碳硫阳极表面，此时，硫锂电池阳极的外侧为绝缘的聚丙烯膜，得到软硬双层硫锂电池阳极；

步骤5，将步骤4得到的软硬双层硫锂电池阳极放入硫锂电池电解液中浸泡，浸泡时间最少为3小时，待软硬双层硫锂电池阳极饱和吸附了电解液后，将双层硫锂电池阳极的聚丙烯膜一侧朝向阴极安装硫锂电池即可。

实施例3

本发明一种软硬双层硫锂电池阳极的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、多孔碳粉末的制备：在75ml的鸡蛋清中加入NaHCO₃，NaHCO₃在鸡蛋清中的浓度为0.25mol/l，然后搅拌均匀，停滞，停滞时间控制为1.5小时，使鸡蛋清发泡，然后将发泡的鸡蛋清进行冷冻，冷冻的温度控制为-15℃，冷冻时间为1.5小时，再将冷冻的鸡蛋清在有N₂气保护的环境中锻烧，煅烧温度为700℃，煅烧时间为45min，得到多孔碳材料，最后将多孔碳材料进行研磨，研磨至30μm以下；

步骤2、在步骤1制备的多孔碳粉末中加入2.0wt％的聚四氟乙烯粘结剂，搅拌均匀得到浆料；

步骤3、将步骤2得到的浆料涂刷在聚丙烯网膜其中一侧的表面，涂刷厚度为0.4mm，然后放入真空环境中一段时间，真空环境温度为60℃，涂刷有浆料的聚丙烯网膜在真空环境中放置时间为2小时，得到一面为导电、另一面为绝缘的聚丙烯网膜；

步骤4、在步骤3得到的聚丙烯网膜含涂层一侧的边缘涂聚四氟乙烯粘结剂，粘贴膜在原有硫锂电池多孔碳硫阳极表面，此时，硫锂电池阳极的外侧为绝缘的聚丙烯膜，得到软硬双层硫锂电池阳极；

步骤5，将步骤4得到的软硬双层硫锂电池阳极放入硫锂电池电解液中浸泡，浸泡时间最少为3小时，待软硬双层硫锂电池阳极饱和吸附了电解液后，将双层硫锂电池阳极的聚丙烯膜一侧朝向阴极安装硫锂电池即可。

实施效果

对本发明的软硬硫锂电池阳极在倍率分别为0.05C、0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C下进行了倍率性能测试，最后返回到0.2C，结果见图1。电池从0.05C到2C下各自的放电比容量分别为1647.69、1420.55、1150.46、950.32、823.21和703.69mAh·g-1，现有的硫锂电池阳极在0.05C、0.1C、0.2C、0.5C、1C和2C下的放电比容量分别为1435.28、1104.53、873.55、735.32、652.45和556.40mAh·g-1。在各放电倍率下都明显的高于未改性单阳极。从2C的高倍率再次返回到0.2C，本发明制备的纽扣电池放电比容量为939.13mAh·g-1，在充放电循环稳定时的比容量为1014.46mAh·g-1，而单阳极组装的纽扣电池分别为746.221、805.75mAh·g-1，本发明阳极在0.2C稳定循环时比单阳极电池的放电比容量提高了25.90％。