[發(fā)明專利]一種鋰硫二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210403065.1
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102903974B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余勁鵬;丁飛;劉興江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M2/16
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫二次電池體系技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰硫二次電池。

背景技術(shù)

鋰硫二次電池是指采用金屬鋰作為負極片，單質(zhì)硫、硫基復合材料或有機硫化物(統(tǒng)稱為含硫材料)等作為正極的可充電池。單質(zhì)硫能與鋰反應生成硫化鋰(Li₂S)，此電化學反應以單質(zhì)硫計算的理論容量高達1672mAh/g，并且單質(zhì)硫價格低廉、安全無毒，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦驼龢O活性材料，具有高能量密度、長循環(huán)壽命、高安全性、低成本的鋰硫二次電池代表了下一代電池的發(fā)展方向。但是鋰硫二次電池在充放電過程中，由于硫電極中會有大量中間產(chǎn)物溶解于電解質(zhì)中，它們在電解質(zhì)中擴散，會在金屬鋰表面發(fā)生副反應，導致電池每周循環(huán)的庫侖效率低(指電池放電容量與同循環(huán)過程中充電容量之比)，從而極大阻礙了鋰硫二次電池的應用。

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN 101587951A、名稱為“一種用于鋰-硫電池的新型碳硫復合物”的發(fā)明專利，通過以高孔容、高導電性、高比表面的大孔炭材料為基體，將硫以單質(zhì)的形式填充進基體的納米及微米級孔中，也可同時發(fā)生硫與碳的化合反應，制得硫在炭材料中以一種或一種以上化學狀態(tài)存在的新型碳硫復合物，可提高鋰硫二次電池的比能量、比功率和循環(huán)性能；另一公開號為CN 1838469A、名稱為“鋰-硫電池電解液及其可充鋰-硫電池“的發(fā)明專利，此電解液是以一種或一種以上的季胺鹽類離子液體為溶劑，以抑制電極反應的中間產(chǎn)物多硫化物在電解液中的溶解性，可提高Li-S電池的容量特性和循環(huán)壽命；還檢索到一公開號為CN 102130364A、名稱為“一種鋰硫二次電池體系用凝膠型聚合物電解質(zhì)及制備方法”的發(fā)明專利，由聚合物支撐體、離子液體、有機溶劑、混合鋰鹽以及二氧化硅粒子組成；其制備方法是將咪唑類離子液體、二氧化硅與復合鋰鹽在溶有高分子聚合物的碳酸酯類溶液中制成凝膠液，然后涂布，干燥，得到凝膠型聚合物電解質(zhì)膜，可防止鋰硫二次電池體系中硫化物在液態(tài)電解液中的溶解，離子導電率高，且不易燃、不泄露。

上述檢索到相關(guān)鋰硫二次電池的發(fā)明專利，各自解決了鋰硫二次電池不同的問題，但普遍存在庫侖效率低、副反應高導致縮短使用壽命，并且存在制作相對復雜和成本高的問題，使得鋰硫二次電池難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供了一種鋰硫二次電池，使得制成的鋰硫二次電池庫倫效率高、副反應低、使用壽命長、制作簡單、成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種鋰硫二次電池，包括電池殼體內(nèi)部自下至上壓制成一體的正極集流體、正極材料、多孔隔膜和含鋰負極片，以及電解液，其特點是：在正極材料和多孔隔膜之間還壓制有纖維素膜；所述纖維素膜為硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜和再生纖維素膜之一種。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案：

所述正極材料為質(zhì)量比60-80：2-20:4-40的含硫材料、粘結(jié)劑、導電劑在有機溶液中混合均勻，形成固含量為15-40％的漿料；所述含硫材料為單質(zhì)硫S₈、多硫化鋰Li₂S_n、碳硫聚合物(C₂S_x)_m或硫基復合材料之一種，Li₂S_n中的n為1≤n≤8，(C₂S_x)_m中的x為2.5≤x≤50、m≥2；所述粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑或PVDF粘結(jié)劑；導電劑為SP導電劑或多壁碳納米管導電劑。

所述正極集流體為鋁箔、鋁網(wǎng)、包覆碳的鋁箔、包覆碳的鋁網(wǎng)、鎳網(wǎng)、泡沫鎳、不銹鋼帶、不銹鋼網(wǎng)、包覆碳的不銹鋼帶或包覆碳的不銹鋼網(wǎng)之一種；所述多孔隔膜為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯和聚乙烯的雙層膜之一種；所述負極片為金屬鋰片或鋰硅合金片、鋰錫合金片或鋰鋁合金片之一種；所述電解液的溶質(zhì)為六氟磷酸鋰或高氯酸鋰或三氟甲基磺酸鋰，電解液的溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、二氧戊烷、四乙二醇二甲醚或四氫呋喃一種以上的溶劑。

所述硫基復合材料為單質(zhì)硫與聚丙烯腈按質(zhì)量比4-16:1混合后氮氣保護下加熱至250-400℃并保溫1-16小時制成。

所述有機溶液NMP溶劑。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：