[發明專利]纖維素膜在鋰硫二次電池中的應用

有效

• 申請號: 201210405076.3
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102891274B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 余勁鵬;丁飛;劉興江
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/38
• 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

技術領域

本發明屬于纖維素膜的用途，特別是涉及纖維素膜在鋰硫二次電池中的應用。

背景技術

鋰硫二次電池是指采用金屬鋰作為負極，單質硫、硫基復合材料或有機硫化物(統稱為含硫材料)等作為正極的可充電池。單質硫能與鋰反應生成硫化鋰(Li₂S)，此電化學反應以單質硫計算的理論容量高達1672mAh/g，并且單質硫價格低廉、安全無毒，是極具發展潛力的新型正極活性材料，具有高能量密度、長循環壽命、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物溶解于電解質中，它們在電解質中擴散，會在金屬鋰表面發生副反應，導致電池每周循環的庫侖效率低(指電池放電容量與同循環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。

經檢索發現，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，將硫以單質的形式填充進基體的納米及微米級孔中，也可同時發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及制備方法”的發明專利，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膜，可防止鋰硫二次電池體系中硫化物在液態電解液中的溶解，離子導電率高，且不易燃、不泄露。

上述檢索到相關鋰硫二次電池的發明專利，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模生產。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供了一種纖維素膜在鋰硫二次電池中的應用，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，易于大規模生產。

本發明采取的技術方案是：

纖維素膜在鋰硫二次電池中的應用，其特點是：將具有纖維素高分子組分的纖維素膜應用在鋰硫二次電池中；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；所述鋰硫二次電池內部結構自下至上為正極集流體、正極材料、多孔隔膜、負極片，所述纖維素膜位于正極材料和多孔隔膜之間；鋰硫二次電池中正極材料為將含硫材料、粘結劑、導電劑按質量比60-80：2-20:4-40在NMP溶劑中混合均勻，形成固含量為15-40％的漿料，涂覆在正極集流體上，在真空干燥箱中干燥2-16小時后壓制成正極片；正極材料中的含硫材料為單質硫S₈、多硫化鋰Li₂S_n(1≤n≤8)、碳硫聚合物(C₂S_x)_m(2.5≤x≤50，且m≥2)或硫基復合材料之一種，其中硫基復合材料為單質硫與聚丙烯腈按質量比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；正極材料中的粘結劑為有機溶劑型粘結劑或水基粘結劑；正極材料中的導電劑為SP導電劑或多壁碳納米管導電劑；正極集流體為鋁箔、鋁網、包覆碳的鋁箔、包覆碳的鋁網、鎳網、泡沫鎳、不銹鋼帶、不銹鋼網、包覆碳的不銹鋼帶或包覆碳的不銹鋼網之一種；負極片為金屬鋰片，或鋰硅合金、鋰錫合金片、鋰鋁合金片之一種；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。

本發明具有的優點和積極效果是：

1、本發明由于在鋰硫二次電池體系中采用了纖維素膜，纖維素膜在鋰硫二次電池體系中具有有效阻止多硫化物隨電解液遷移到鋰負極的作用，抑制“飛梭現象”造成的副反應，有效提高了鋰硫二次電池的庫倫效率，延長了電池使用壽命。

2、本發明將纖維素膜應用于鋰硫二次電池中，不僅操作簡單，而且成本低，易于大規模生產。

附圖說明

圖1是目前公知鋰硫二次電池內部結構示意圖；

圖2是將纖維素膜用于鋰硫二次電池的內部結構示意圖；