[發明專利]一種具有功能保護層的鋰硫極片及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610357591.7
• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN105789557B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 趙金保;石川;李超;張鵬
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森;戴深峻

一種具有功能保護層的鋰硫極片及其制備方法與應用，涉及鋰硫電池。所述具有功能保護層的鋰硫極片設有鋰硫極片，在鋰硫極片表面涂覆保護層，所述保護層為荷負電離子化合物保護層，或荷負電離子化合物和離子傳導型聚合物共混物保護層。所述具有功能保護層的鋰硫極片的制備方法，包括如下步驟：(1)將荷負電離子化合物或荷負電離子化合物和離子傳導型聚合物的共混物、粘結劑和溶劑混合后球磨，得漿液；(2)將漿液涂布于鋰硫極片表面，干燥后，即得具有功能保護層的鋰硫極片。所述具有功能保護層的鋰硫極片可在制備鋰硫電池中應用。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池，具體是涉及一種具有功能保護層的鋰硫極片及其制備方法與應用。

背景技術

隨著電動汽車等領域的發展，對于鋰離子電池等化學電源體系的容量和功率提出了更高的要求，因此電池的安全性也得到越來越多的重視。鋰硫電池是鋰電池的一種，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。比容量高達1675mAh/g，遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一種對環境友好的元素，對環境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池。

目前鋰硫電池存在的問題主要有：

第一、單質硫的電子導電性和離子導電性差，硫材料在室溫下的電導率極低(5.0×10^-30S·cm^-1)，反應的最終產物Li₂S₂和Li₂S也是電子絕緣體，不利于電池的高倍率性能。

第二、鋰硫電池的中間放電產物會溶解到有機電解液中，增加電解液的黏度，降低離子導電性。多硫離子能在正負極之間遷移(Shuttle效應)，導致活性物質損失和電能的浪費。溶解的多硫化物會跨越隔膜擴散到負極，與負極反應，破壞了負極的固體電解質界面膜(SEI膜)。

第三、鋰硫電池的最終放電產物Li₂S_n(n＝1～2)電子絕緣且不溶于電解液，沉積在導電骨架的表面；部分硫化鋰脫離導電骨架，無法通過可逆的充電過程反應變成硫或者更高階的多硫化物，造成了容量的極大衰減。

第四、硫和硫化鋰的密度分別為2.07和1.66g·cm^-3，在充放電過程中有高達79％的體積膨脹/收縮，這種膨脹會導致正極形貌和結構的改變，導致硫與導電骨架的脫離，從而造成容量的衰減；這種體積效應在紐扣電池下不顯著，但在大型電池中體積效應會放大，會產生顯著的容量衰減，有可能導致電池的損壞，巨大的體積變化會破壞電極結構。

第五、鋰硫電池使用金屬鋰作為負極，除了金屬鋰自身的高活性，金屬鋰負極在充放電過程會發生體積變化，并容易形成枝晶。

第六、鋰硫電池實驗室規模的研究開展較多，單位面積上硫載量一般都在3.0mg·cm^-2以下，開展高負載量極片的研究對于獲得高性能鋰硫電池具有重要價值。

針對以上問題的解決辦法通常從電極材料的修飾和結構設計以及電解液添加劑兩方面入手。如專利CN104852025A公布的改性的氧化石墨烯包覆的微米級硫顆粒，納米硫顆粒和中空硫顆粒，所制備的復合電極電極材料具有循環性能好，倍率性能高，在儲能領域有著廣闊的應用前景。專利CN104485449A中用不飽和碳碳雙鍵的聚合物與單質硫形成碳包覆的硫材料，此方法制備的復合材料的硫含量比較高，工藝簡單，成本低廉。專利CN103855425A中用硅烷醚類的一種或多種作為電解液添加劑，這種電解液具有粘度低、電導率高、阻聚硫離子穿梭性好等特性。因此阻礙聚硫離子在正負極之間的遷移是提高鋰硫電池容量的有效途徑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有功能保護層的鋰硫極片。

本發明的另一目的在于提供具有功能保護層的鋰硫極片的制備方法。