[發(fā)明專利]一種鋰硫電池所需多硫化鋰的制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410208761.6
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN103985866A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋大余;徐晨;李波
• 申請（專利權(quán)）人: 四川川為電子有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B17/22
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工新材料領(lǐng)域，尤其是鋰硫電池生產(chǎn)所用原料硫化鋰制備。

技術(shù)背景

鋰硫電池與現(xiàn)在市場比較主流的磷酸鐵鋰電池相比，有著許多明顯優(yōu)勢。理論上鋰硫電池的能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了絕大多數(shù)類型的動(dòng)力電池。可以肯定的是，其最大能量密度理論上不會(huì)低于1000瓦時(shí)/公斤，而的磷酸鐵鋰電池的能量密度大多在100瓦時(shí)/公斤以下，并且提升的空間已經(jīng)不大。顯然，單從儲(chǔ)能效率來看，鋰硫電池更適合作為汽車動(dòng)力電池和/或其他動(dòng)力電池。

鋰硫電池除了能量密度非常高外，還具有一些其他的優(yōu)點(diǎn)，一方面，其生產(chǎn)成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產(chǎn)原材料，生產(chǎn)成本相對較低；另一方面，鋰硫電池在使用后低毒，并且回收利用的能耗較小。

盡管與許多類型的動(dòng)力電池相比，鋰硫電池有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是同樣其也有存在一些不足之處。目前鋰硫電池最大的劣勢在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低。因?yàn)榱蚧酆衔锞哂蟹€(wěn)定性比較差的特性，所以當(dāng)前鋰硫電池的循環(huán)利用次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。可以說，只要鋰硫電池的這一性能劣勢得不到改變，那么其就很難大規(guī)模的推廣使用。

盡管理論上鋰硫電池的性能會(huì)非常先進(jìn)，但是要將理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，難度非常大。

尤其是用作鋰硫電池正極和/或電解液所需的多硫化鋰材料的制備，由于硫化鋰在空氣中很容易被氧化，為此，給多硫化鋰的制備造成很多技術(shù)上的困難，本發(fā)明為了解決這些問題，采用能夠使多硫化鋰溶解的N-甲基吡咯烷酮高溫穩(wěn)定溶劑，并采取相應(yīng)的穩(wěn)定保護(hù)措施，從而得到滿意的鋰硫電池正極和/或電解液所需的多硫化鋰原材料。

到目前為止，在各種文獻(xiàn)中還未完整的闡述多硫化鋰的合成工藝，只是在一些文獻(xiàn)中大致提及多硫化鋰的制備是采用在乙醇或氨水為溶劑的條件下，直接加入硫化鋰，并在溫度為95℃的條件下，加入一定摩爾比的升華硫，并保溫一定時(shí)間來合成多硫化鋰，雖然該多硫化鋰的合成工藝在化學(xué)合成工藝中是顯得常見的工藝，但是，如果要合成純度較高的多硫化鋰，這種工藝就顯示出很多難以解決的問題，本發(fā)明為了獲得高純度的多硫化鋰，通過離子反應(yīng)，同時(shí)合理利用化合物在同一種溶劑中的不同溶解度來合成高純度的多硫化鋰，其原因是硫化鋰在空氣中很容易被氧化，從而使其合成的多硫化鋰很有的硫化鋰氧化物相對于本發(fā)明的采用的工藝流程得到的多硫化鋰氧化物多，為此，通過本發(fā)明的工藝流程來可以很容易的獲得高純度的多硫化鋰，以保證提供鋰硫電池電極或電解液甚至全固態(tài)電解質(zhì)所需多硫化鋰的高純度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是研究一種鋰硫電池所需多硫化鋰材料的制造工藝，在不增加多硫化鋰合成成本的前提下，通過合理選擇工藝控制條件、原料、輔助材料來降低多硫化鋰的合成成本，縮短多硫化鋰的合成工藝流程，達(dá)到優(yōu)化其電離解性能為最終目的。

本發(fā)明的目的是通過以下手段實(shí)現(xiàn)的。

一種鋰硫電池所需多硫化鋰的制造工藝，反應(yīng)釜中，通過惰性氣體的置換之后，加入溶劑和原材料，合成原材料配方的摩爾比為N-甲基吡咯烷酮:硫氫化鈉:氫氧化鈉:無氧去離子水:氯化鋰:升華硫＝4.4～5.4:1.0:1.03:0.3:1.001:4.0～6.0；溫度從室溫加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，加入N-甲基吡咯烷酮，硫氫化鈉，氫氧化鈉，無氧去離子水和氯化鋰進(jìn)行反應(yīng)；將反應(yīng)體系中的水份除去，然后趁熱過濾除去生成的氯化鈉，濾液返回反應(yīng)體系，在置換出反應(yīng)體系中的空氣之后，加入升華硫，升溫度并保溫一段時(shí)間，然后反應(yīng)體系的溫度降到室溫，體系中析出淺黃白色固體粉末，過濾出淺黃白色固體，經(jīng)用無水酒精洗滌過濾，最后置入真空烘箱中干燥后得到可以用作鋰硫電池所需的多硫化鋰原料。

其具體工藝如下:

1、用氮?dú)鈱?L的316L不銹鋼反應(yīng)釜中的空氣置換3～6次，在不斷通入氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，加入4.4～5.4molNMP，1.0mol硫氫化鈉和1.03mol氫氧化鈉，在120～180rpm攪拌條件下，緩慢的將反應(yīng)系的溫度升高到66～68℃，同時(shí)加入0.3mol去離子無氧水，然后加入1.001mol氯化鋰，繼續(xù)升高反應(yīng)體系的溫度到160～180℃，并在該溫度條件下，使反應(yīng)體系保溫18～33min,直到反應(yīng)體系中有細(xì)小的白色晶體析出時(shí)，同時(shí)將反應(yīng)體系中的水份蒸發(fā)除去，并停止加熱；其中氮?dú)獾牧髁繛?60～480ml/min；