[發明專利]鋰硫電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201510088430.8
• 申請日: 2015-02-26
• 公開（公告）號: CN104659410A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 楊玉潔
• 申請（專利權）人: 廣東燭光新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0567;H01M10/058
• 代理公司: 廣東莞信律師事務所 44332
• 代理人: 吳炳賢

技術領域

本發明屬于鋰硫電池領域，尤其涉及一種鋰硫電池及其制備方法。

背景技術

自從1991年，碳材料創造性的運用于鋰離子電池領域，并帶來該領域革命性的變化，即高效而安全的進行多次充放電后，其便被廣泛的運用于手機、便攜式電腦、電動車、數碼相機、I-pad等便攜式電子產品中。但是，隨著人們對這些便攜式生活要求的提高，傳統鋰電池已經不能滿足人類的需求。因而，具有高比能、高安全性、高使用壽命及低成本的下一代鋰電池被寄予厚望。

新的陰極材料開發是提高電池比能量的關鍵：硫陰極具有1675mAh/g的理論比容量和2600Wh/Kg的能量密度，是目前商用過渡金屬氧化物陰極理論比容量和比能量的十倍，并且硫在自然界中含量豐富、價格低廉、對環境安全友好，因此硫陰極成為最具有發展前景的鋰電陰極材料之一。然而，由于硫作為陰極材料，其本身并不含有鋰離子，因此要組裝成全電池，往往就需要采用其他技術手段為整個電池體系提供鋰源；現有的主要技術方案為使用金屬鋰作為鋰硫電池的陽極材料。

然而，金屬鋰作為鋰硫電池的陽極材料具有明顯缺陷：首先，由于金屬鋰的費米能級較低，因此金屬鋰對電解液是不穩定的，它們之間形成的SEI膜是不穩定的，并且會在循環過程中被消耗，這樣會造成電解液和鋰陽極的損耗。其次，金屬鋰作為陽極，在電池長期的充放電過程中，鋰的不均勻沉積造成了鋰支晶的生長，鋰支晶的持續生長有可能會刺破隔膜，導致安全性的問題。最后，對于鋰硫電池，由于電池電化學反應的中間產物多硫化鋰會溶解在電解液中，它們遷移至鋰陽極并與其發生反應生成不可溶且絕緣的硫化鋰，硫化鋰的生成不僅會造成活性物質的損耗，造成電池容量衰減，而且會提高電池的極化，同時充電過程中多硫化鋰與硫化鋰之間的正負反應同時發生，降低電池的庫倫效率。

針對鋰硫電池鋰陽極的以上問題，確有必要開發一種新的體系，既能解決鋰硫電池硫陰極不能提供鋰源、鋰金屬陽極電化學性能/安全性差的問題。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，而提供一種新的鋰硫電池及該鋰硫電池的制備方法：該鋰硫電池陰極含有含硫硫活性物質，而陽極為碳材料、合金類材料等貧鋰物質；通過使用碳材料、合金類材料等陽極活性物質解決鋰金屬陽極的諸多問題，通過富鋰技術對電極進行富鋰解決硫陰極不能提供鋰源問題，再在電解液中引入成膜添加劑，使得陽極活性物質碳材料、合金類材料等顆粒表面形成優質的固體電解質膜（SEI膜）最終制備得到性能優良的鋰硫電池。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰硫電池，由陰極、陽極、隔離膜、電解質和外包裝組成，

陰極：由集流體和涂敷層組成，涂敷層中活性物質至少含有單質硫、硫基化合物或硫復合物中的一種；

陽極：由集流體和涂敷層組成，涂敷層中活性物質為貧鋰物質；

隔離膜：具有電子絕緣、離子導通功能的組件；

電解質：由鋰鹽、非水溶劑和添加劑組成；

所述貧鋰物質表面能夠形成固體電解質膜（SEI膜），所述電解質中含有形成所述SEI膜的成膜添加劑。

所述陰極活性物質中的硫單質包括升華硫和/或高純硫；所述硫基化合物包括有機硫化物、Li2Sn（n?≥?1）、碳硫聚合物(C₂S_v)_m?中的至少一種；所述硫復合物包括硫/碳復合物、硫/導電聚合物復合物、硫/無機氧化物中的至少一種；所述陰極活性物質中的單質硫、硫基化合物或硫復合物占整個涂敷層的質量為2-99wt%。

所述陽極貧鋰物質包括碳類材料和/或合金類材料。

所述陽極貧鋰物質包括石墨、軟碳、硬碳、鋁基、錫基、硅基中至少一種。

由于采用了貧鋰陽極，需要對整個鋰硫電池進行富鋰；所述富鋰方法為陰極富鋰和/或陽極富鋰。

所述非水溶劑包括但不限于酯類非水溶劑、烷類非水溶劑、醚類非水溶劑、砜類非水溶劑、呋喃類非水溶劑。