[發明專利]在鋰?硫或硅?硫電池中作為粘結劑的單鋰離子導體

有效

• 申請號: 201310613211.8
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104051737B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: X.黃;M.蔡;M.W.沃布魯格;L.楊
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 葛青

技術領域

本公開內容涉及電池(battery)、特別是涉及具有硫正極的電池，并且尤其是硫正極自身。

背景技術

該部分提供關于本公開內容的背景信息，其不一定是現有技術。

基于電的車輛或EV(例如，混合動力電動車輛(HEV)、電池電動車輛(BEV)、插電式HEV和增程式電動車輛(EREV))需要具有高能量密度和高功率能力的高效、低成本且安全的儲能系統。鋰離子電池可在從車輛到便攜式電子設備例如膝上型計算機、手機等的許多應用中用作電源。通過當前的鋰鈷或鋰-鐵磷酸鹽電池驅動的EV經常具有每次充電小于100英里(160km)的行駛里程，而更長的行駛里程是期望的。

基于Li-S化學的電池提供有吸引力的技術，其滿足對于基于電的運輸而言兩個最迫切的問題：對于低成本和高比密度的需要。由于其2600Wh/kg的高的理論比能量以及硫的低成本，Li-S電池技術在學術界中以及在工業中均已經成為深入研究和開發的主題。硫經由兩電子還原的理論容量為1672mAh/g(元素硫還原為S^-2陰離子)。放電過程從冠狀S8分子開始并且通過在高電壓平臺(2.3-2.4V)還原為較高階(order)的多硫化物陰離子(Li₂S₈、Li₂S₆)、隨后在低電壓平臺(2.1V)進一步還原為較低階的多硫化物(Li₂S₄、Li₂S₂)進行，并且以Li₂S產物結束。在充電過程期間，Li₂S經由中間多硫化物陰離子S_x被氧化回到S8。在正極產生的S_x多硫化物在電解質中是可溶的并且可遷移至負極，其中它們以寄生方式與鋰電極反應以產生較低階的多硫化物，所述較低階的多硫化物擴散回到所述正極并且再次產生較高形式的多硫化物。Y.V.Mikhaylik&J.R.Akridge，“Polysulfide Shuttle Study in the Li/S Battery System，”J.Electrochem.Soc.，151，A1969-A1976(2004)以及J.R.Akridge，Y.V.Mikhaylik&N.White，“Li/S fundamental chemistry and application to high-performance rechargeable batteries，”Solid State Ionics，175，243-245(2005)描述了該穿梭(shuttle)效應，其導致電池的降低的硫利用、自放電、差的通過氧化和還原而重復循環的能力、以及降低的庫倫效率。S以及Li₂S的絕緣性質導致差的電極可再充電性和受限的倍率能力。此外，在放電期間發生80%的體積膨脹。總之，這些因素妨礙用于EV的Li-S電池的商業化。

Si-S電池的理論能量密度是可與Li-S電池比較的。然而，由于Si-S電池基于相同的硫化學運行，其遭受多硫化物擴散到負極的相同問題。