[發(fā)明專利]鋰硫電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110274865.3
• 申請(qǐng)日: 2011-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN103000934A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳璞;卡贊姆·杰迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司;陳璞
• 主分類號(hào): H01M10/052
• 分類號(hào): H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池，尤其涉及一種固態(tài)鋰硫電池。

背景技術(shù)

隨著儲(chǔ)能以及手持器械對(duì)電池需求的增加，大規(guī)模的電池生產(chǎn)在世界范圍內(nèi)也日益增多。從電池體系免費(fèi)維護(hù)且具有高能量密度兩方面考慮，鋰離子二次電池非常具有吸引力。可再充電的鋰硫電池的理論容量高達(dá)1675mAhg^-1，幾乎高出目前商業(yè)正極為L(zhǎng)iFePO₄的鋰離子二次電池一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)作為正極活性材料的硫不僅成本低、無毒而且含量豐富。但是，鋰硫電池存在一些問題阻礙了其發(fā)展，如：硫的電導(dǎo)率較低，在充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰中間產(chǎn)物易溶于有機(jī)電解質(zhì)從而使得正極活性材料的流失，沉積在負(fù)極表面的多硫化物可加劇負(fù)極的腐蝕從而使負(fù)極內(nèi)部阻抗增加，最終導(dǎo)致電池容量的不可逆衰減。這些問題部分可以歸因于電池所采用的傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)，除此之外，液態(tài)電解質(zhì)還存在一些其他缺點(diǎn)，如：將電池規(guī)格做大時(shí)液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)會(huì)揮發(fā)，易燃，缺乏機(jī)械強(qiáng)度，存在安全隱患等問題，此外，采用液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)需要特殊的包裝以防止泄漏。

為了避免液態(tài)電解質(zhì)這些問題，近幾年許多研究開始關(guān)注固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用。固態(tài)電解質(zhì)具有代替液態(tài)電解質(zhì)的潛質(zhì)，因此提高下一代高性能電池的安全以及循環(huán)性能。然而，固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)雖然得到普遍認(rèn)同，但是，較低的離子電導(dǎo)率以及化學(xué)、電化學(xué)性能不穩(wěn)定還是阻礙了固態(tài)電解質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用。

幾十年里，許多研究集中在尋找合適的固態(tài)電解質(zhì)新材料來克服這些問題。晶體材料研究地比較深入，它們的離子電導(dǎo)率很低，數(shù)量級(jí)只有10^-3S/cm。聚合物電解質(zhì)是另一種固態(tài)電解質(zhì)體系，這種電解質(zhì)一般是由鋰鹽和大分子量的聚合物組成，如聚乙烯氧化物，室溫下它的導(dǎo)電率很低，數(shù)量級(jí)只有10^-5S/cm。這些固體材料的導(dǎo)電率都低于目前商用鋰離子電池體系中的液態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率。

現(xiàn)有技術(shù)實(shí)有必要進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種高能量密度和循環(huán)壽命的固態(tài)鋰硫電池，鋰硫電池采用具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)。

本發(fā)明提供了一種鋰硫電池，包括正極，負(fù)極和電解質(zhì)，所述正極包括集流體和參與電化學(xué)反應(yīng)的正極活性材料，所述正極活性材料含有硫基材料；所述負(fù)極包括負(fù)極集流體和選自金屬鋰，鋰合金，鋰碳或硅基材料的負(fù)極活性材料；選擇的所述硫基材料和所述硅基材料均不含鋰時(shí)，對(duì)所述正極或/和所述負(fù)極預(yù)嵌鋰處理；所述電解質(zhì)為固態(tài)電解質(zhì)，設(shè)置于所述正極與負(fù)極之間，含有鋰超離子導(dǎo)體材料。

優(yōu)選的，所述硫基材料選自元素硫，Li₂S_n，有機(jī)硫化物和碳硫聚合物(C₂S_v)_m中的至少一種，其中，n≥1，2.5≤v≤50，m≥2。

優(yōu)選的，所述硫基材料含有AB_xC_yD_z，其中A選自聚吡咯，聚丙烯腈，聚丙烯腈共聚物中的至少一種；B選自單質(zhì)硫；C選自碳基材料；D選自金屬氧化物；其中，1≤x≤20，0≤y＜1，0≤z＜1。

優(yōu)選的，y＝0，0＜z＜1。

優(yōu)選的，0＜y＜1，0＜z＜1。

優(yōu)選的，所述聚丙烯腈共聚物選自聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物，聚丙烯腈-聚吡咯共聚物中的至少一種。

優(yōu)選的，所述碳基材料選自科琴碳黑，乙炔黑，活性炭，單壁碳納米管，多壁碳納米管及石墨烯中的至少一種。

優(yōu)選的，所述金屬氧化物選自Mg_aNi_bO，MgO，NiO，V₂O₅，CuO，Mg_cCu_dO、La₂O₃，Zr₂O₃，Ce₂O₃以及Mn₂O_f中的至少一種，其中，0＜a＜1，0＜b＜1，a+b＝1；0＜c＜1，0＜d＜1，c+d＝1；f的取值為2或3或4或7。

優(yōu)選的，所述正極集流體選自銅箔，銅網(wǎng)，鋁箔，泡沫鎳，不銹鋼網(wǎng)中的一種。

優(yōu)選的，所述硅基材料選自單質(zhì)硅，硅合金，金屬包覆的硅，金屬摻雜的硅中的至少一種。