膏狀漿液，用涂覆機(jī)均勻涂覆在鋁箱集流體上，在60°C真空干燥箱中烘干12小時后，裁成直 徑為12mm的正極片。
[0063] (2)電池組裝的方式與實施例1相同。
[0064]測試本實施例的鋰硫電池的電化學(xué)性能，如表1數(shù)據(jù)所示，在2C倍率下，首次放電 比容量為1305mAh/g;充放電500圈后，鋰硫電池的放電比容量仍然保持在602mAh/g。
[0065] 實施例5:
[0066] 一種本發(fā)明的以C/Ti407復(fù)合纖維無紡布為插層的鋰硫電池，包括含硫活性材料 (聚3，4_乙撐二氧噻吩（PEDOT)/沉降硫粉復(fù)合物）的正極、隔膜(孔徑為0.18μπι的陶瓷隔 膜）、電解液(選取lmol/L二(三氟甲基磺酞)亞胺鋰(LITFSI)為電解質(zhì)，電解液溶劑中1.3-二氧環(huán)戊烷(DOL)與乙二醇二甲醚(DME)體積比為1:1，電解液中添加0.2mol無水硝酸鋰)和 鋰負(fù)極(金屬鋰），在硫正極與隔膜間設(shè)置一層CVTi 4O7復(fù)合纖維無紡布作為電池插層，其中 C/Ti4〇?復(fù)合纖維無紡布的比表面積為163m2/g，面密度為2.76mg/cm2，厚度為287μπι。
[0067]其中，本實施例中CVTi4O7復(fù)合纖維無紡布的制備過程為:將鈦酸四丁脂/乙酸混合 溶液(鈦酸四丁酯與乙酸的體積比為2.5:1)和聚乙烯吡咯烷酮溶液(聚乙烯吡咯烷酮的重 均分子量為630000,聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%)以體積比為1:5混合均勻形成混合 液A，然后將混合液A靜電紡絲形成前驅(qū)體纖維，靜電紡絲過程中，注射栗噴頭直徑為0.4mm， 混合液A的流速為I.OmL/小時，注射栗噴頭與收集輥之間的距離15cm，注射栗噴頭與收集輥 之間的電壓為15kV;靜電紡絲完成后將前驅(qū)體纖維置于氬氣/氫氣混合氣氛中以1050 °C的 溫度熱處理4小時，得到C/Ti4〇7復(fù)合納米纖維。該復(fù)合納米纖維的直徑為280nm，長度為22μ m，孔徑為llnm，比表面積為163m 2/g;面密度為2.76mg/cm2;最后將獲得的C/Ti4〇?復(fù)合納米 纖維制成C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布。
[0068] 將制備得到的C/Ti407復(fù)合纖維無紡布作為電池插層組裝成鋰硫電池的過程如下：
[0069] (1)硫正極制備:將沉降硫粉、聚3，4-乙撐二氧噻吩(PEDOT)、導(dǎo)電劑BP2000特種炭 黑、溶解有聚偏氟乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中作為粘結(jié)劑，以質(zhì)量比為7:1: 1:1的量混合均勻得到膏狀漿液，用涂覆機(jī)均勻涂覆在鋁箱集流體上，在60°C真空干燥箱中 烘干12小時后，裁成直徑為12mm的正極片。
[0070] (2)電池組裝:選取上述制備的正極片，以金屬鋰為負(fù)極，孔徑為0.18μπι的陶瓷隔 膜，選取lmol/L二(三氟甲基磺酞)亞胺鋰(LITFSI)為電解質(zhì)，電解液溶劑中1.3-二氧環(huán)戊 烷(DOL)與乙二醇二甲醚(DME)體積比為1:1，電解液中添加0.2mol無水硝酸鋰。將本實施例 制備得到的C/Ti 4〇7復(fù)合纖維無紡布裁成圓片，與隔膜的大小保持一致，然后放置在正極片 與隔膜之間，組成CR2032型紐扣電池。整個電池的組裝過程均在手套箱中完成。
[0071] 測試本實施例的鋰硫電池的電化學(xué)性能，如表1數(shù)據(jù)所示，在2C倍率下，首次放電 比容量為1220mAh/g;充放電500圈后，鋰硫電池的放電比容量仍然保持在573mAh/g。
[0072] 實施例6:
[0073] 一種本發(fā)明的以C/Ti407復(fù)合纖維無紡布為插層的鋰硫電池，包括含硫活性材料 (納米金屬Pt/沉降硫粉復(fù)合物）的正極、隔膜(孔徑為0.18μπι的陶瓷隔膜）、電解液（lmol/L 二(三氟甲基磺酞)亞胺鋰(LITFSI)為電解質(zhì)，電解液溶劑中1.3-二氧環(huán)戊烷(DOL)與乙二 醇二甲醚(DME)體積比為1:1，電解液中添加0.2mol無水硝酸鋰)和鋰負(fù)極(金屬鋰），在硫正 極與隔膜間設(shè)置一層C/Ti 4〇7復(fù)合纖維無紡布作為電池插層，其中C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布 的比表面積為160m 2/g，面密度為2.36mg/cm2，厚度為247μπι。
[0074] 其中，本實施例中CVTi4O7復(fù)合纖維無紡布的制備過程為:將鈦酸四丁脂/乙酸混合 溶液(鈦酸四丁酯與乙酸的體積比為2.5:1)和聚乙烯吡咯烷酮溶液(聚乙烯吡咯烷酮的重 均分子量為10000,聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%)以體積比為1:4.5混合均勻形成混合 液A，然后將混合液A靜電紡絲形成前驅(qū)體纖維，靜電紡絲過程中，注射栗噴頭直徑為0.4mm， 混合液A的流速為0.60mL/小時，注射栗噴頭與收集輥之間的距離15cm，注射栗噴頭與收集 輥之間的電壓為15kV;靜電紡絲完成后將前驅(qū)體纖維置于氮氣氣氛中以IHKTC的溫度熱處 理4小時，得到C/Ti 4〇7復(fù)合納米纖維。該復(fù)合納米纖維的直徑為186nm，長度為24μπι，孔徑為 13nm，比表面積為160m 2/g，面密度為2.36mg/cm2;最后將獲得的C/Ti4〇?復(fù)合納米纖維制成 C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布。
[0075] 將制備得到的C/Ti407復(fù)合纖維無紡布作為電池插層組裝成鋰硫電池的過程如下：
[0076] (1)硫正極制備:將沉降硫粉、納米金屬Pt、導(dǎo)電劑BP2000特種炭黑、溶解有聚偏氟 乙烯(PVDF)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中作為粘結(jié)劑，以質(zhì)量比為7:1:1:1的量混合均勻 得到膏狀漿液，用涂覆機(jī)均勻涂覆在鋁箱集流體上，在60°C真空干燥箱中烘干12小時后，裁 成直徑為12mm的正極片。
[0077] (2)電池組裝的方式與實施例5相同。
[0078] 測試本實施例的鋰硫電池的電化學(xué)性能，如表1數(shù)據(jù)所示，在2C倍率下，首次放電 比容量為1020mAh/g;充放電500圈后，鋰硫電池的放電比容量仍然保持在443mAh/g。
[0079] 表1本發(fā)明實施例1-6所制備的鋰硫電池在2C下的性能數(shù)據(jù)

[0081]綜上，本發(fā)明的以C/Ti407復(fù)合纖維無紡布作為功能化插層的鋰硫電池，電池的電 化學(xué)性能優(yōu)異，在2C倍率下充放電500圈后，鋰硫電池的充放電效率基本維持在100%。這是 由于以C/Ti4〇 7復(fù)合纖維無紡布作為功能化插層，該C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布在充放電過程 中，對多硫化物進(jìn)行物理、化學(xué)吸附，與現(xiàn)有技術(shù)中多孔碳紙對多硫化物單一的物理吸附相 比，提高了硫在正極中的含量，同時該C/Ti 40復(fù)合纖維無紡布在鋰硫電池充放電過程亦可 作為一個"二次集流體"，提高循環(huán)過程中活性物質(zhì)的利用率。
【主權(quán)項】
1. 一種以C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布為插層的鋰硫電池，包括硫正極、隔膜、電解液和鋰負(fù) 極，其特征在于，在所述硫正極與所述隔膜間設(shè)置一層C/Ti 4〇7復(fù)合纖維無紡布。2. 如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布的比表面積 為100~200m 2/g，面密度為1~5mg/cm2。3. 如權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布的厚度為 0·1~0·5mm〇4. 如權(quán)利要求1~3任一項所述的鋰硫電池，其特征在于，所述C/Ti4〇7復(fù)合纖維無紡布 由C/Ti4〇7復(fù)合納米纖維制成，所述C/Ti4〇7復(fù)合納米纖維為核殼結(jié)構(gòu)，其核為Ti4〇7,殼為多 孔碳，所述多孔碳的孔徑為15~20nm;所述C/Ti4〇7復(fù)合納米纖維的直徑為50nm~500nm，長 度為ΙΟμπι~50μηι，比表面積為100~200m 2/g，面密度為1~5mg/cm2。5. 如權(quán)利要求4所述的鋰硫電池，其特征在于，所述C/Ti4〇7復(fù)合納米纖維是由以下制備 方法制成的：將鈦酸四丁脂/乙酸混合溶液加入聚乙烯吡咯烷酮溶液中混合均勻形成混合 液A，然后將所述混合液A靜電紡絲形成前驅(qū)體纖維，再將所述前驅(qū)體纖維置于惰性氣體中 或者惰性氣體/氫氣混合氣氛中熱處理，即得到所述C/Ti 4〇7復(fù)合納米纖維。6. 如權(quán)利要求5所述的鋰硫電池，其特征在于，所述熱處理過程的溫度為950~1100°C， 熱處理時間為1~4小時;所述靜電紡絲過程中，注射栗噴頭直徑為0.3~0.6mm，混合液A的 流速為〇. 6~1. OmL/小時，注射栗噴頭與收集輯之間的距離10~20cm，注射栗噴頭與收集車?yán)?之間的電壓為10~20kV。7. 如權(quán)利要求5所述的鋰硫電池，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量為 10000~630000。8. 如權(quán)利要求5所述的鋰硫電池，其特征在于，所述鈦酸四丁脂/乙酸混合溶液中鈦酸 四丁酯與乙酸的體積比為2~4:1;所述聚乙烯吡咯烷酮溶液中聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為5%~10%，所述鈦酸四丁脂/乙酸混合溶液與聚乙烯吡咯烷酮溶液的體積比為1:3~7。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以C/Ti4O7復(fù)合纖維無紡布為插層的鋰硫電池，包括硫正極、隔膜、電解液和鋰負(fù)極，在所述硫正極與所述隔膜間設(shè)置一層C/Ti4O7復(fù)合纖維無紡布。本發(fā)明的鋰硫電池以C/Ti4O7復(fù)合纖維無紡布作為功能化插層，該C/Ti4O7復(fù)合纖維無紡布在充放電過程中，對多硫化物進(jìn)行物理、化學(xué)吸附，解決了現(xiàn)有技術(shù)中多孔碳紙對多硫化物單一的物理吸附，同時該C/Ti4O7復(fù)合纖維無紡布在鋰硫電池充放電過程亦可作為一個“二次集流體”，提高循環(huán)過程中活性物質(zhì)的利用率。
【IPC分類】H01M2/14, B82Y30/00, H01M2/16, H01M10/052
【公開號】CN105609687
【申請?zhí)枴緾N201511028100
【發(fā)明人】姚山山, 唐豪, 沈湘黔, 侯金利, 吳瀟, 景茂祥, 錢昕曄, 饒德偉, 廖達(dá)前, 習(xí)小明, 肖可頌
【申請人】長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年12月31日