本发明属于电化学储能，具体涉及一种适用于熔盐铝硫电池的，采用室温下自扩散制备高活性物质载量、高强度、一致性好的正极及熔盐铝硫电池制备方法。
背景技术：
1、储能技术的大力发展对电网系统的稳定运行具有重大意义，其中电化学储能由于具有环保节能、环境适应性好的优点受到广泛关注。熔盐铝硫电池是一种具有低成本，高安全性，高功率特性的电化学储能技术，其中，硫正极是该电化学储能系统中的重要组成部分，为了提改善正极硫的绝缘性，目前广泛使用的策略是将碳材料作为导电宿主与硫复合。大多研究者们采用熔融扩散、蒸汽浸渍、热扩散与化学沉淀法等方法制备硫碳复合材料，其中热扩散法应用最为广泛。热扩散法是将活性物质硫与导电宿体碳的混合物在中温条件下热处理约10-12h，其中热处理温度约为155-160℃，大于硫的熔点(115℃)。升温时熔融态的硫因毛细管力封装进碳材料的孔隙结构中，温度降低后硫固化得到硫碳复合材料。但是在热处理过程中，部分活性物质会随着温度升高挥发造成质量损失，需要进一步测试确定复合材料中剩余硫含量，制备过程复杂且消耗大量能量与时间。
2、其次，目前研究者们制备电池电极的方法大多使用制浆涂覆。该方法通过添加有机溶剂混合活性物质与导电剂等材料制成浆料后，在集流体上涂覆浆料得到极片。制浆一般使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为溶剂，为了快速干燥涂覆好的电极，电极浆料中的nmp需要被快速蒸发，电极制备过程中的nmp蒸汽不仅对人体具有一定毒性同时会污染空气。同时，制浆涂敷法制备的电极活性物质载量依赖活性材料与集流体间的粘合力，较厚的电极材料涂层极容易导致电极掉粉，结构坍塌等问题，同时最终经干燥后的电极还需采用辊压过程保证电极材料与集流体紧密接触，排除溶剂蒸发后形成的孔隙，在实际使用过程中电极一致性难以保证。
3、此外，目前研究硫正极采用的电极活性物质载量大多均较低(1-2mg cm-2)，即表示极片单位面积活性物质含量较低，虽在测试电池中表现出较好的电极质量比容量，但这种低载量的硫正极以及复杂的制备过程显然难以满足工业化领域对提高电池整体的放电容量和能量密度的要求。因此，开发具有高载量，制备过程简单且电化学性能稳定的硫正极制备方法，对于提高电池的能量密度，推动低成本铝硫电池产业化发展具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本发明提出了一种室温自扩散的硫正极及熔盐铝硫电池制备方法，无需熔硫热扩散过程，该方法不仅使电极具有良好的结构强度，同时通过精确控制极片厚度，可以实现不同活性物质载量电极的制备。
2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将活性物质与导电剂研磨并混合均匀，得到混合物；所述活性物质为硫或硫硒混合物；
5、步骤2：在混合物中加、入粘结剂并按压，直至混合物聚集为团状物；
6、步骤3：将所述团状物辊压，逐步减小辊筒之间的距离多次辊压团状物，直至将团状物辊压至所需厚度，得到片状物；
7、步骤4：将片状物干燥、裁片后得到电极。
8、进一步的，步骤1中，活性物质与导电剂按照质量比为(3-8):2。
9、进一步的，步骤1中，导电剂为科琴黑、碳纳米管或乙炔黑。
10、进一步的，步骤1中，用玛瑙研磨机研磨活性物质与导电剂。
11、进一步的，步骤2中，粘结剂为聚四氟乙烯。
12、进一步的，步骤3中，厚度为60μm-160μm。
13、进一步的，步骤3中，用电动对辊机辊压团状物。
14、一种熔盐铝硫电池的制备方法，包括以下步骤：
15、s1、采用权利要求1所述的方法制备电极；
16、s2、用s1制备的电极作为电池正极，铝片作为负极，以无机熔盐为电解质，组装电池。
17、进一步的，步骤s2中，无机熔盐为四元无机熔盐或硫化铝饱和的四元无机熔盐。
18、进一步的，四元熔融盐为氯化铝(alcl3)、氯化钠(nacl)、氯化锂(licl)和氯化钾(kcl)的混合物。
19、与现有的技术相比较，本发明的有益之处在于：
20、1)本发明制备硫正极的方法无需热扩散过程，操作简单，节约能源，满足未来规模化生产的要求。研究硫族元素(硫、硒等)作为电极活性物质时，研究者们均会将导电剂碳材料与活性物质混合后进行中温热处理(150-250℃10-12h)，即采用热扩散的方式使活性物质(硫，硒等)与导电剂充分分散，制备过程较复杂且能耗较高。同时在热扩散过程中，部分活性物质会随着温度升高挥发造成质量损失，最终混合物中活性物质质量不等于原添加的质量，因此需要进一步测试(如热重分析)确定混合物中活性物质的实际占比。本发明使用研磨机进行研磨，充分利用硫族元素常温下可以在高比表面积碳材料中的发生自发的扩散，避免了电极制备过程的中温热处理，对应的电极展现出比热熔硫电极更优异的电化学性能，制备方法更加简单，容易操作，降低能耗，安全可靠；
21、2)采用本发明公开的研磨后干粉辊压制备的硫正极具有较高且易控的活性物质载量。较高载量表示单位面积或体积的电极内具有较多质量的活性物质，当电极应用进电池中，活性物质质量的增加可有效提高电池容量和电池能量密度，能够满足未来大规模应用生产。本发明中，正极活性物质载量可以通过控制活性物质比例或极片厚度进行调控，仅需要在辊压前调整称取活性物质的质量或者在辊压过程中控制对辊机辊筒的距离就可获得不同载量的电极，参数灵活可调，操作简单。
22、3)采用本发明干粉辊压制备的电极能够显著提高电极一致性，制备的电极具有良好的结构强度，制备过程具有更低的生产成本。在大批量电极制备过程中，电极一致性是影响电池最终质量的重要因素，一致性差的电极会导致同一批次的电池质量参差不齐，影响大规模生产。目前制备电池电极的方法大多均为制浆涂覆法，该方法通过添加有机溶剂混合活性物质与导电剂等材料制成浆料后涂覆得到极片，电极载量依赖活性物质与集流体间的粘合力，电极材料较厚时涂层极易出现掉粉与坍塌等问题，导致实际使用过程中极片一致性较差。与传统的制浆涂敷法不同，采用本发明提供的干粉辊压制备的正极，研磨时活性物质与导电剂以粉末状进行混合，采用干混的方式制备材料，混合更均匀且易储存，同时电极的厚度可以通过辊压机进行精确调整，最终极片厚度均匀，操作简单，参数易控制，可以获得一致性较好的电极。其次，电极制备过程是通过辊筒施加压力，以极小的间隔逐步减小辊筒之间的间距，从厚到薄多次反复辊压直至获得厚度均匀的电极，这种在电极表面逐步增加压力反复辊压的方式使得电极具有合适的压实密度和良好的结构强度，不易掉粉与坍塌，应用至电池中不易因发生电化学反应而粉碎，提高了电极的稳定性。最后，本发明中正极制备的成本较低，制备过程中使用的研磨机与电动对辊机均可多次使用，粘结剂采用低成本的聚四氟乙烯。
23、本发明所述高载量硫正极制备方法，无熔硫热扩散步骤，参数易控制，操作简单且成本较低，制备的正极具有高活性物质载量、良好的结构强度与一致性优异等特点，应用至熔盐铝硫电池中能够提高电池容量与能量密度。
1.一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，活性物质与导电剂按照质量比为(3-8):2。
3.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，导电剂为科琴黑、碳纳米管或乙炔黑。
4.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，用玛瑙研磨机研磨活性物质与导电剂。
5.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，粘结剂为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，步骤3中，厚度为60μm-160μm。
7.根据权利要求1所述的一种用于熔盐铝硫电池的高载量正极的制备方法，其特征在于，步骤3中，用电动对辊机辊压团状物。
8.一种熔盐铝硫电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种熔盐铝硫电池的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，无机熔盐为四元无机熔盐或硫化铝饱和的四元无机熔盐。
10.根据权利要求9所述的一种熔盐铝硫电池的制备方法，其特征在于，所述四元熔融盐为氯化铝(alcl3)、氯化钠(nacl)、氯化锂(licl)和氯化钾(kcl)的混合物。
