[發(fā)明專利]鋰硫電池的正極以及包括此正極的鋰硫電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01143369.8
• 申請日: 2001-11-22
• 公開（公告）號: CN1354529A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李濟(jì)玩;金周石;崔水石;崔允碩;鄭鏞洲;黃德哲
• 申請（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/64;H01M4/36;H01M10/36
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 巫肖南,黃益芬

???????????????????相關(guān)申請的對照

本申請基于2000年11月22日在韓國工業(yè)產(chǎn)權(quán)局申請的韓國專利申請No.2000-69642，在此通過參考結(jié)合此申請的內(nèi)容。

??????????????????????發(fā)明背景

發(fā)明的領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于鋰硫電池的正極以及具有此電極的鋰硫電池，尤其涉及具有提高的活性材料利用率和充放電效率的鋰硫電池的正極以及具有這種正極的鋰硫電池。

相關(guān)技術(shù)的描述

鋰硫電池采用具有硫-硫鍵的硫基化合物作為正極活性材料，采用金屬材料例如鋰作為負(fù)極活性材料。在放電時(shí)，通過與鋰離子的電化學(xué)還原反應(yīng)，硫-硫鍵分解產(chǎn)生硫-鋰化合物。再充電時(shí)，通過電化學(xué)氧化反應(yīng)，硫-鋰化合物分解重新形成硫-硫化合物。通過上述還原和氧化反應(yīng)，鋰-硫電池存儲和產(chǎn)生電能。

在常規(guī)的鋰-硫電池中，正極通過下述步驟制成：將粘合劑和導(dǎo)電劑分散在有機(jī)溶劑中；通過將正極活性材料添加到分散溶液中制成漿料；將漿料涂布在集流體上并烘干涂覆后的集流體。按如上所述制備的常規(guī)正極的結(jié)構(gòu)在圖1中示出。通常，集流體包括金屬箔。

在圖1所示的常規(guī)正極中，活性材料的反應(yīng)表面相對較窄。這樣，由于活性材料涂覆在集流體上，所以活性材料的利用度相當(dāng)?shù)?。特別是，活性材料在充放電期間從集流體分離。這種分離導(dǎo)致充放電效率降低等問題。另外，由于在離集流體最遠(yuǎn)側(cè)缺少導(dǎo)電劑，活性材料很可能變成非活性材料。因此，整個(gè)電池容量可能降低。

??????????????????????發(fā)明概述

為了解決上述和其它問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有提高的活性材料利用率和提高的充放電效率的鋰硫電池正極。

另一個(gè)目的是提供一種高容量鋰硫電池的正極。

再一個(gè)目的是提供一種具有所述正極的鋰硫電池。

本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面描述中闡明一部分，另一部分從描述中明顯看出或能夠通過本發(fā)明的實(shí)踐得知。

為了達(dá)到這些和其它目的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鋰硫電池的正極包括：有孔的集流體、填充于多孔集流體孔中的正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。

根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的鋰硫電池包括：具有多孔集流體且該多孔集流體的孔中放置了硫基活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的混合物的正極；選自能夠嵌入/脫出鋰離子材料的負(fù)極活性材料，該材料能夠可逆地與鋰、鋰金屬、含鋰合金重新形成化合物；放置在正極和負(fù)極之間的隔膜；以及注入負(fù)極、正極和隔膜中的電解液，其包括鋰鹽和有機(jī)溶劑。

?????????????????????????附圖簡述

通過結(jié)合附圖參照下述詳細(xì)描述，本發(fā)明更全面的評價(jià)以及它的許多附加優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯并且更加容易理解，其中：

圖1是采用常規(guī)方法的集流體制成的常規(guī)鋰硫電池的正極示意圖。

圖2是采用本發(fā)明實(shí)施方案的集流體制成的鋰硫電池的正極示意圖。

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施方案的鋰硫電池。

?????????????????????優(yōu)選實(shí)施方案詳述

在下面的詳細(xì)說明中，示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。可以認(rèn)識到，本發(fā)明能夠在各種明顯的方面進(jìn)行修改，所有修改沒有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和精神。因此，應(yīng)將附圖和描述當(dāng)作對實(shí)質(zhì)性的說明，而并非限制。下面將參照附圖對實(shí)施方案進(jìn)行描述，以便解釋本發(fā)明。

如圖2和圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的鋰硫電池包括含有正極3、負(fù)極4和插在正極3和負(fù)極4之間的隔膜2的殼體1。鋰硫電池的正極3包括由導(dǎo)電材料制成的多孔集流體，包含填充于集流體的孔中的硫基正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的活性物質(zhì)。

集流體的導(dǎo)電材料包括不銹鋼、鋁、鈦及它們的混合物等。在它們當(dāng)中，涂覆碳的鋁集流體是最優(yōu)選的。本發(fā)明的集流體包括孔隙率占集流體總體積5％以上，優(yōu)選60％以上，更優(yōu)選80％至98％的毛氈型或泡沫型集流體。

多孔集流體可以如下制造：

將樹脂泡沫，例如聚氨酯用金屬涂覆并進(jìn)行高溫分解處理。在此高溫分解過程中，在除去所涂覆的樹脂泡沫之后，形成許多孔以制備多孔集流體。可以在金屬涂覆之前將導(dǎo)電劑如碳添加到泡沫中，以提高集流體的導(dǎo)電性，但并不是在所有情況下都需要。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，可以使用由直徑為幾十微米的碳纖維制成的金屬涂覆的無紡纖維或碳纖維本身作為多孔集流體。另外，所述的涂覆金屬的方法包括電鍍和化學(xué)鍍，涂覆的金屬包括鎳、鋁及其混合物，以及其它相似的金屬和涂覆金屬的方法。