[實用新型]具有單片膈膜的鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420653692.5
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN204271171U
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳振宇
• 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: H01M2/16
• 分類號: 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

本實用新型屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有單片膈膜的鋰硫電池。

背景技術(shù)

在鋰硫電池體系中，以金屬鋰為負極，單質(zhì)硫為正極，理論比能量可達到2600Wh/kg，遠大于現(xiàn)代商業(yè)化的鋰離子鋰硫電池。此外單質(zhì)硫也具有價格低廉，環(huán)境友好的特性。因此，鋰硫電池具有極高的商業(yè)應(yīng)用潛力。但是鋰硫電池也存在著諸多的問題。其中最主要的是鋰硫電池在充放電的過程當中，硫的利用率低，循環(huán)過程中容量衰減快，導致這一問題的原因包括多個方面，其中之一是單質(zhì)硫為絕緣體，硫電極中活性物質(zhì)活化難度大。而且，單質(zhì)硫在放電過程中，產(chǎn)生大量的中間產(chǎn)物，即多硫化物。多硫化物會溶解于電解液當中，并離開原來的位置，隨著單質(zhì)硫的最終還原產(chǎn)物的析出，形成大量的大顆粒，降低了還原產(chǎn)物氧化的可逆性。此外，多硫化物會擴散到負極金屬鋰的表面，與金屬鋰發(fā)生還原反應(yīng)，并返回正極，再發(fā)生氧化反應(yīng)，即“穿梭效應(yīng)”。該效應(yīng)不但降低鋰硫電池的庫倫效率，腐蝕金屬鋰負極，而且會在金屬鋰表面生成大量絕緣的還原產(chǎn)物，導致鋰硫電池的內(nèi)阻增加。最終降低了鋰硫電池的放電比容量和循環(huán)壽命。

為提高鋰硫電池的放電比容量和循環(huán)壽命，目前公開了在鋰硫電池正負極之間放置獨立的碳膜夾層，即將碳材料和PTFE粘結(jié)劑混合并輥壓成膜，或者使用碳纖維布等材料，形成獨立的具有自支撐能力的碳膜，該碳膜不僅制備工藝復雜，且厚度大，重量高，鋰硫電池裝配過程難度大，降低了鋰硫電池的性能和應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種碳膜厚度薄、重量輕，電池裝配過程方便，有效提升電池性能的一種具有單片膈膜的鋰硫電池。

本實用新型包括如下技術(shù)方案：

具有單片膈膜的鋰硫電池，包括金屬鋰負極，正極集流體一面附著有正極材料構(gòu)成的硫正極片，以及金屬鋰負極和硫正極片之間的一片隔膜，其特點是：所述隔膜上附著有一層碳膜，所述隔膜上的碳膜與硫正極片上有正極材料的一面貼在一起。

本實用新型還可以采用如下技術(shù)措施：

所述碳膜厚度為1～100微米。

所述單片膈膜由單層材料構(gòu)成或者由復數(shù)層材料構(gòu)成。

本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果：

1、本實用新型通過在單片隔膜一面附著一層碳膜，使得碳膜與隔膜成為一體，構(gòu)成覆碳隔膜，不僅簡化了鋰硫電池的制作工藝，降低了鋰硫電池的制作成本，而且碳膜的厚度均勻性，還大幅減小了碳膜的厚度，提升了鋰硫電池的性能。

2、本實用新型制備的鋰硫電池中的碳膜具有高孔隙率的特點，可以大量吸儲電解液，有利于硫和多硫化物的溶解，從而保證了鋰硫電池中正極電極反應(yīng)的發(fā)生，有效提升了鋰硫電池的性能。

附圖說明

圖1是本實用新型具有單片膈膜的鋰硫電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的覆碳隔膜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實施例1電池充放電測試循環(huán)性能曲線圖；

圖4是實施例2電池充放電測試循環(huán)性能曲線圖。

圖中，1-金屬鋰負極，2-隔膜，3-碳膜，4-硫正極片，5-正極集流體。

具體實施方式

為能進一步公開本實用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，特例舉以下實例詳細說明如下。

具有單片膈膜的鋰硫電池，包括金屬鋰負極，正極集流體一面附著有正極材料構(gòu)成的硫正極片，以及金屬鋰負極和硫正極片之間的一片隔膜。

本實用新型的創(chuàng)新點在于：

所述隔膜上附著有一層碳膜，所述隔膜上的碳膜與硫正極片上有正極材料的一面貼在一起。

所述碳膜厚度為1～100微米。

所述單片膈膜由單層材料構(gòu)成或者由復數(shù)層材料構(gòu)成。

本實用新型的制作過程：

實施例1：

步驟1：制作覆碳隔膜

⑴用NMP溶劑將PVDF溶質(zhì)溶解為固含量6％的溶液作為PVDF粘結(jié)劑；將質(zhì)量比為3:2，比表面積為2100m²/g的活性炭和PVDF粘結(jié)劑混合成漿料；

⑵選用40微米厚的PE-PP-PE作為隔膜2，用刮刀將步驟1制出的漿料涂覆在隔膜一面；通過刮刀上的出料槽，將隔膜上漿料的厚度控制至0.1mm；

⑶將涂覆有漿料的隔膜置于真空干燥箱內(nèi)，加熱至45℃后，進行24h真空干燥，隔膜一面附著一層碳膜3，自然冷卻至室溫后取出，制出如圖2所示的覆碳隔膜；

步驟2：制作硫正極片