[發(fā)明專利]一種多管式鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710045716.7
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106784623B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江南山
• 申請（專利權(quán)）人: 江南山
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/66;H01M4/76;H01M10/052;H01M10/0562;H01M10/058
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳;奚華保

本發(fā)明提供一種多管式鋰硫電池，包括正極、正極外殼、負(fù)極和負(fù)極外殼，所述負(fù)極通過陣列排布的多個復(fù)合負(fù)極管延伸至正極中，所述復(fù)合負(fù)極管包括內(nèi)層的多孔金屬層及附著在外層的由多孔金屬層支撐的固體電解質(zhì)層，該多孔金屬層與負(fù)極外殼相連，共同構(gòu)成負(fù)極集電極，所述正極外殼與正極中的碳材料接觸，共同構(gòu)成正極集電極。本發(fā)明將復(fù)合負(fù)極管應(yīng)用到鋰硫電池中以解決多硫化物“穿梭效應(yīng)”和鋰枝晶造成的安全隱患；通過多孔金屬層的設(shè)計解決了傳統(tǒng)電池陶瓷管易破裂的現(xiàn)象，從而提升電池安全性能；同時進一步改進了電池結(jié)構(gòu)，采取多個復(fù)合負(fù)極管陣列排布及正負(fù)極活性物質(zhì)空間隔離措施，達(dá)到提高電池功率密度和電池安全性的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多管式鋰硫電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池是近年來發(fā)展起來的一種新型儲能器件，在過去的二十多年內(nèi)，鋰離子電池以其高能量密度的特性引領(lǐng)便攜式電子設(shè)備走向了新的變革。但是，隨著各種新型便攜式電子設(shè)備和新能源汽車的迅速發(fā)展，人們對儲能電池也提出了更高能量密度、更好的安全性能以及更低的成本等要求。對比各類電池體系，綜合考慮比能量、安全性和性價比三方面要素，以金屬鋰為負(fù)極、單質(zhì)硫為正極的一種新型化學(xué)電池（鋰硫電池）是當(dāng)今電池行業(yè)的主要發(fā)展方向。

在鋰硫電池中，活性物質(zhì)硫的理論比容量為1675mAh/Kg，理論比能量達(dá)2600Wh/Kg，是傳統(tǒng)鋰離子電池的5-8倍，鈉硫電池的3.4倍，且成本低廉、環(huán)境友好。近十年來，人們在維持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、提高安全性及硫的利用率、延長電池循環(huán)壽命等方面開展了大量的研究工作。然而，目前鋰硫電池仍處于實驗室研制階段，還無法大規(guī)模的應(yīng)用，主要是存在以下幾個技術(shù)瓶頸問題：（一）安全隱患方面：主要因素是使用有機聚合物隔膜，在電池充電時負(fù)極金屬鋰表面生長鋰枝晶，容易刺穿有機聚合物隔膜造成正負(fù)極短路；另一個因素是使用液態(tài)有機電解液，在正負(fù)極短路或高溫時易引發(fā)燃燒、爆炸；（二）循環(huán)壽命方面：影響循環(huán)性能的主要因素是鋰多硫化物“穿梭效應(yīng)”造成的容量損失，電池在進行工作時，其中間產(chǎn)物鋰多硫化物可溶于有機電解液中，并穿過有機多孔聚合物膜的孔隙，在電池的正負(fù)極之間發(fā)生往復(fù)穿梭（稱為穿梭效應(yīng)），使活性物質(zhì)單質(zhì)硫不可逆的損失，降低了電池的庫倫效率。另外，穿梭到負(fù)極的鋰多硫化物會和金屬鋰負(fù)極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)電池內(nèi)部放電現(xiàn)象，而且反應(yīng)生成的不溶于電解液的硫化鋰會沉積在鋰負(fù)極表面，從而引發(fā)金屬鋰表面惡化，進一步降低了電池循環(huán)壽命。在這幾項缺陷中，穿梭效應(yīng)是對鋰硫電池性能破壞最大的一點，使用現(xiàn)有的有機聚合物隔膜技術(shù)是很難解決的。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有鋰硫電池技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種多管式鋰硫電池，以解決“穿梭效應(yīng)”對鋰硫電池性能的破壞和鋰枝晶形成帶來的安全隱患。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種多管式鋰硫電池，包括正極、正極外殼、負(fù)極和負(fù)極外殼，所述正極為含有活性硫的S/C復(fù)合活性物，所述負(fù)極包括鋰金屬的負(fù)極活性物質(zhì)，所述負(fù)極通過陣列排布的若干個復(fù)合負(fù)極管延伸至正極中，所述復(fù)合負(fù)極管包括內(nèi)層的多孔金屬層及附著在外層的由多孔金屬層支撐的固體電解質(zhì)層，該多孔金屬層在管口部與負(fù)極外殼相連，共同構(gòu)成負(fù)極集電極，所述正極外殼與正極中的碳材料接觸，共同構(gòu)成正極集電極。

所述正極與負(fù)極之間設(shè)置有絕緣環(huán)，該絕緣環(huán)與固體電解質(zhì)層緊密連接。

所述多孔金屬層中吸附有離子液體。

所述多孔金屬層的厚度為0.2～1.5mm。

所述多孔金屬層中多孔金屬平均孔徑為0.1～5um，孔隙率為50～80%。

所述固體電解質(zhì)層的厚度為0.015～0.060mm。

所述復(fù)合負(fù)極管的管腔內(nèi)徑1～4mm。

所述復(fù)合負(fù)極管的長度10～300mm。