[發明專利]靜止型半液流鋰硫電池

無效

• 申請號: 201110321761.3
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102347482A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 李桂云
• 申請（專利權）人: 李桂云
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/58;H01M4/136;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明所屬技術領域：新能源

背景技術

能源、材料和信息技術是這個世界三大支柱，石油的廣泛使用，使人類享受到快速、便捷的生活，使美國成為車輪上的國家，使用石油燃料燃燒產生的廢氣，使環境受到危害，人類呼吁降低污染、低碳環保的生活，使用電動汽車來取代傳統的汽車，是人們美好的心愿，但是現在電動車使用的電池容量不足，價格昂貴，安全性差，充電時間長，使電動汽車的普及舉步為艱，電動車的技術最關鍵是電池的技術，電池技術的成熟必將使電動車產業成熟。

電池是由正極、負極、電解液、隔膜等組成。

鋰電池已經成為現代社會的便攜能源，如果你有手機，MP3、筆記本電腦，那么你就已經有了鋰電池，更有可能的是，你會有許多塊鋰電池。

但是，盡管鋰電池很好，它們仍不能承擔艱巨任務，驅動下一代電動汽車，問題在于鋰電池的正極材料，鋰電池的正極材料是鋰，容量有限。

發明內容：

化學家許多年前就已經知道硫具有潛力，硫的理論比容量為1672mAh/g，但是，硫也有許多缺點，尤其在于硫不是理想的導體，除此之外，硫化物易于溶解，并且在許多電解液中會被沖走，與此同時，在放電過程中，硫易于膨脹而破碎。

硫具有多電子還原反應的電化學能力，且硫的相對原子質量較小，因此單質硫具有高達1672mA.h/g的理論比容量，鋰硫電池的理論電池能量密度可達到2600Wh.Kg^-1，遠遠大于現階段所使用的商業化二次電池，硫資源豐富且價格低廉，鑒于以上原因，鋰硫電池在未來化學電源發展中具有應用優勢，因此圍繞鋰硫電池及其關鍵材料的研究工作在受到廣泛關注。

我綜合了現在的鋰硫電池和液流電池，甲醇直接燃料電池的一些優點，設計出靜止型半液流鋰硫電池。靜止型半液流鋰硫電池是以金屬鋰細粉末和電解液在金屬銅(鋁)盒中作為負極，單質硫或者硫基復合材料粉末和電解液在金屬銅(鋁)盒中作為正極的二次電池，其理論能量密度為2600wh.kg^-1，實際理論能量密度，目前能達到300wh.kg^-1，未來幾年內，有可能提高到600wh.kg^-1左右，被認為是目前最具吸引力的二次電池體系之一，硫基正極，無論單質硫電極本身，還是在使用過程中，單質硫電極材料本身不含氧，不會有氧析出，(1)單質硫，單質硫主要以游離態廣泛存在于自然界中，屬于尚未充分利用的資源，常溫下，單質硫主要以S₈的形態存在，應用于電池時，假設放電過程中，每個硫原子的電子轉移數為2，則S₈的理論比容量為1672mAh.g^-1，理論放電電壓為2.287v，則理論能量密度為3823Wh.kg，是目前已知除氧氣以外，能量密度最高的二次電池的正極材料。靜止型半液流鋰硫電池的正極材料可以使用單質硫，無機硫，或有機硫材料來作為正極，因為是半液流電池，所以不使用集電極板，正極材料不涂在極板上，而是在金屬盒或金屬管中形成正極，鋰負極材料不涂在極板上，而是在金屬盒或金屬管中形成負極。

把正級材料微粒和電解液混合裝入正極儲液盒中，把負極鋰和碳微粒和電解液混合后裝入負極儲液盒中，把正極儲液盒、隔膜、負極儲液盒組裝好，就形成完整的大容量的靜止型半液流鋰硫電池。

附圖說明

圖1是盒狀靜止型半液流鋰硫電池的結構示意圖。

圖2是圓柱型靜止型半液流鋰硫電池結構示意圖。

圖1中：1、正極；2、正極電解混合液；3、隔膜；4、負極電解混合液；5、負極。

圖2中：1、負極；2、負極電解混合液；3、正極；4、隔膜。

實施方式

正極材料制備

實施方式1：單質硫，乙炔黑在使用前分別在60℃和120℃真空干燥12h，按m(單質硫)∶m(乙炔黑)∶m(聚四氟乙烯，PTFE60％乳液)＝7∶2∶1的比例制備正極材料，先把單質硫與乙炔黑混合研磨2h，使單質硫與乙炔黑混合均勻，無水乙醇作為溶劑，先把PTFE溶于無水乙醇中加量比為1gPTFE加20ml無水乙醇，混合均勻后迅速倒入硫和乙炔黑的混合粉末中，攪拌均勻后，得到的混合物在70℃真空干燥12h蒸去無水乙醇，得到黑色塊狀物。

實施方式2：單質硫—活性炭復合正極材料制備