卷绕式电极制造技术

本公开提供一种卷绕式电极，由柔性导电集流体和形成于所述柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。该卷绕式电极能够有效构筑更大面积的反应界面，加速多硫化锂转化反应，并有效抑制多硫化锂的穿梭效应，从而提升锂硫电池比容量及循环稳定性。在高面积载硫下也能获得较好的性能，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
卷绕式电极
本公开涉及电池领域，具体涉及一种卷绕式电极。
技术介绍
商用锂离子电池如LiFeO4、LiCoO2等正极材料，其理论比容量均低于300mAh/g，无法满足日益增长的储能需求，亟待开发高比能量锂离子电池。而以硫作为正极、金属锂作为负极的锂硫电池其理论容量可以达到1675mAh/g，远高于锂离子电池不到300mAh/g的比容量。然而，锂硫电池的商业化应用仍存在诸多问题：首要问题为穿梭效应，穿梭效应导致活性物质损失、金属锂负极被腐蚀等问题；其次，S单质及Li2S为绝缘体，电子、离子电导率低，导致反应动力学低。这些问题使得锂硫电池在较高倍率下实际比容量较低、循环性能不稳定等。当面积载硫量较高(如≥4mg·cm-2)，性能恶化更为严重，限制了锂硫电池的商业化应用。针对锂硫电池存在的上述问题，目前主流方法是通过导电碳材料作为宿主材料，设计碳材料包覆硫颗粒的核壳、蛋黄或多孔结构等物理性固硫，或利用宿主材料和多硫化锂之间的化学吸附作用，抑制多硫化物在电解液中的溶解，降低多硫化物的“穿梭效应”，改善电池性能。因而这些途径仍无法很好的抑制多硫化锂的穿梭效应，提升电池性能。研究表明，通过在隔膜对正极侧涂覆导电碳材料可有效提升比容量及循环稳定性(S.HChung,ArumugamManthiram.BifunctionalSeparatorwithaLight-WeightCarbon-CoatingforDynamicallyandStaticallyStableLithium-SulfurBatteries,Adv.Funct.Mater.2014；C.H.Chang,S.H.Chung,ArumugamManthiram,EffectiveStabilizationofaHigh-LoadingSulfurCathodeandaLithium-MetalAnodeinLi-SBatteriesUtilizingSWCNT-ModulatedSeparators,small2016,12,174–179)。在隔膜对正极侧引入CNT涂层，多硫化锂富集在电解液/CNT涂层界面，拥有发达畅通的电子、离子网络通道，因而反应迅速。该涂层既充当着导电集流体，又是一道物理性屏障，一方面可以通过增加多硫化锂和导电网络的接触面积而加速反应，此外又可以抑制多硫化锂的穿梭效应，因而有效提升了比容量和循环性能。但该涂层面积非常有限，构筑更大面积的类似反应界面是提升锂硫性能的关键。需注意的是，前述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本技术的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种卷绕式电极，以改善现有锂硫电池存在多硫化物“穿梭效应”的问题，提升电池性能。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开提供一种卷绕式电极，由柔性导电集流体和形成于柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。根据本公开的一个实施方式，硫正极材料的活性物质选自硫、硫化锂中的一种或多种。根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体为柔性碳集流体。根据本公开的一个实施方式，柔性碳集流体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的一种或多种形成的柔性导电膜。根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体具有包含微孔、介孔和大孔中的一种或多种的多级孔结构。根据本公开的一个实施方式，孔结构包含微孔、介孔和大孔，其中，所述微孔和介孔的孔体积之和在所述孔结构的总孔体积中占比为50％以上。根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体的厚度≤200μm。根据本公开的一个实施方式，柔性导电集流体的厚度≤50μm。由上述技术方案可知，本公开提出的卷绕式电极的优点和积极效果在于：本公开提出了一种新型卷绕式电极，该卷绕式电极能够有效的构筑更大面积的反应界面，一方面加速多硫化锂转化反应，另外又可以作为一道天然屏障阻碍多硫化锂扩散，由此有效抑制多硫化锂的穿梭效应，从而提升锂硫电池比容量及循环稳定性。在高面积载硫下，也能获得较好的性能，在锂硫电池正极领域具有良好的应用前景。附图说明为了让本公开实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，其可以根据需要被任意放大或缩小，且仅用于图示说明的目的。图1示出了现有常规构型硫电极片的结构示意图；图2示出了本公开一实施方式的卷绕式电极形成方法示意图；图3示出了本公开一实施方式的卷绕式电极的结构示意图。其中，附图标记说明如下：100、200：集流体101、201：硫正极材料具体实施方式体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。图1示出了现有常规构型硫电极片的结构示意图。如图1所示，其包含集流体100和形成于所述集流体100表面的硫正极材料101。然而，该种硫电极片制备的锂硫电池存在多硫化物“穿梭效应”问题，使得锂硫电池在较高倍率下实际比容量较低、循环性能不稳定等，且即使通过涂覆导电碳材料，所形成的涂层面积仍非常有限，提升比容量及循环稳定性的效果不佳。为此，本公开提供一种卷绕式电极。参阅图2，其代表性地示出了本公开提出的一示例性实施方式的卷绕式电极形成方法示意图，图3示出了本公开一个实施方式的卷绕式电极的结构示意图。本公开提出的卷绕式电极是以应用于锂硫电池为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本公开的相关设计应用于其他类型的电池中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的卷绕式电极的原理范围内。结合图2和图3所示，该卷绕式电极由柔性导电集流体200和形成于所述柔性导电集流体200表面的硫正极材料201卷绕而成。通过一种简单新型的卷绕构型设计，可以在硫正极中有效的构筑更大面积的上述反应界面，一方面加速多硫化锂转化反应，另外又可以作为一道天然屏障阻碍多硫化锂扩散，由此有效抑制多硫化锂的穿梭效应，从而提升锂硫电池比容量及循环稳定性。在高面积载硫下，也能获得较好的性能。根据本公开，选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卷绕式电极，其特征在于，由柔性导电集流体和形成于所述柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种卷绕式电极，其特征在于，由柔性导电集流体和形成于所述柔性导电集流体表面的硫正极材料卷绕而成。


2.根据权利要求1所述的卷绕式电极，其特征在于，所述硫正极材料的活性物质选自硫、硫化锂中的一种。


3.根据权利要求1所述的卷绕式电极，其特征在于，所述柔性导电集流体为柔性碳集流体。


4.根据权利要求3所述的卷绕式电极，其特征在于，所述柔性碳集流体为石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的一种形成的柔性导电膜。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯菲，张锦，孙丹萍，谭芝，
申请(专利权)人：北京石墨烯研究院，北京大学，
类型：新型
国别省市：北京;11