[發(fā)明專利]一種鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層及相應(yīng)鋰硫電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610881442.0
• 申請(qǐng)日: 2016-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN107919491B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏志凱;閆新秀;葉長(zhǎng)英;瞿美臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司;中國(guó)科學(xué)院控股有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M4/62
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51217
• 代理人: 賀理興

1.一種鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基保護(hù)層是通過(guò)在鋰金屬表面附著一層石墨烯基復(fù)合涂層，在組裝電池的過(guò)程中浸潤(rùn)電解液后，石墨烯基復(fù)合涂層同鋰陽(yáng)極的自發(fā)電化學(xué)反應(yīng)獲得；

所述石墨烯基復(fù)合涂層的成分為無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)聚合物材料，其中無(wú)機(jī)化合物包括石墨烯材料，以及金屬氧化物、硫、碘、硅、硅氧化合物、磷化物、氮化物材料中的一種或幾種；有機(jī)聚合物為聚氧乙烯類、聚丙烯腈類、聚四氟乙烯類、聚偏氟乙烯類的一種或幾種。

2.一種鋰硫電池，其特征在于：所述鋰硫電池通過(guò)使用具有如權(quán)利要求1所述的石墨烯基復(fù)合涂層的鋰金屬陽(yáng)極同有機(jī)多孔隔膜、硫碳復(fù)合陰極組裝電池并加入電解液封裝后獲得。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯材料為熱還原石墨烯、化學(xué)還原石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯納米片這些具有二維片層結(jié)構(gòu)的石墨烯材料中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基復(fù)合涂層的厚度為0.5～500微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基復(fù)合涂層的厚度為10～80微米。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基復(fù)合涂層的石墨烯材料的質(zhì)量百分含量為0.1～50％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基復(fù)合涂層的石墨烯材料的質(zhì)量百分含量為0.5～20％。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述鋰金屬陽(yáng)極表面石墨烯基保護(hù)層，其特征在于：所述石墨烯基復(fù)合涂層在有機(jī)溶劑或水溶液中制備涂料并涂敷烘干獲得，其中有機(jī)溶劑為乙醚、二硫化碳、四氫呋喃、氮甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺溶劑的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋰硫電池，其特征在于，所述鋰硫電池結(jié)構(gòu)和組裝過(guò)程是：

(1).鋰硫電池陽(yáng)極為表面具有石墨烯復(fù)合涂層的鋰金屬電極或鋰合金電極，或鋰碳復(fù)合電極；

(2).鋰硫電池陰極為硫碳復(fù)合陰極；

(3).通過(guò)卷繞或疊片的方式將電池的陰極和陽(yáng)極重疊，并在陰陽(yáng)極之間設(shè)置多孔聚合物隔膜；

(4).加入電解液使石墨烯基復(fù)合涂層浸潤(rùn)電解液，待其與鋰陽(yáng)極發(fā)生原位電化學(xué)反應(yīng)后在鋰陽(yáng)極表面獲得石墨烯基保護(hù)層；

(5).將所制得的電芯封裝獲得鋰硫電池。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰硫電池，其特征在于：所加入的電解液組成為有機(jī)溶劑和鋰鹽，其中所述有機(jī)溶劑為1，3-環(huán)氧戊環(huán)、乙二醇二甲醚、環(huán)丁砜、二甲基砜、四甘醇二甲醚、N甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜中的一種或幾種混合溶劑；所述的鋰鹽為三氟甲基磺酸鋰、三氟甲基磺酰亞胺鋰、碘化鋰、氟化鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰鋰鹽的一種或幾種混合鋰鹽。