[發明專利]基于正負極自成卷的柱狀結構鋰硫電池

有效

• 申請號: 201710130034.6
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106711496B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 范隆顯;李梅婷;劉振;袁寧一;丁建寧
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0587
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰硫電池，特指基于正負極自成卷的柱狀結構鋰硫電池。其包括硫電極、鋰鋁合金電極以及設置在所述的硫電極和鋰鋁合金電極之間的隔膜和電解液，其特征在于：所述的硫電極和鋰鋁合金電極采用分別自成卷的方式制備成柱狀。本發明通過柱狀電極包裹硫粉代替傳統的涂布方法制備的電極，提高單位面積硫的負載量，從而解決了硫電極硫負載量不夠導致鋰硫電池能量密度較低及制備工藝繁瑣的問題，以此電極為正極制備的鋰硫電池具有生產成本低，能量密度高的特點。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池，尤其是一種正極包裹硫、負極采用鋰鋁合金，同時正負極均采用自成卷的柱狀工藝制備的鋰硫電池及其制備方法。

背景技術

與市場上主流的鋰離子電池相比，鋰硫電池擁有前者2～5倍的理論能量密度。目前，鋰硫電池的主流制備方法與目前市場化的鋰離子電池接近，即硫電極通過在集流體上涂布的方法獲得。受該方法的局限，硫電極中單位面積的硫負載量往往保持在10mg/cm²以下。而更厚的硫電極需要更高比例的粘合劑，將導致硫活性材料在電極中的比例下降而且導致較差的倍率性能。因此該方法制備的鋰硫電池中需要應用更多的集流體材料，以及更加繁復的工藝。這會帶來成本的提高，能量密度下降等問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種正極包裹硫、負極采用鋰鋁合金，同時正負極均采用自成卷的柱狀工藝制備鋰硫電池及其制備方法。

根據本發明的一實施方式，一種自成卷的柱狀正負極鋰硫電池，包括硫電極、鋰鋁合金電極以及設置在所述的硫電極和鋰鋁合金電極之間的隔膜和電解液。其中，所述的硫電極和鋰鋁合金電極采用分別自成卷的方式制備成柱狀。

所采取的的卷繞方法為：1，將電極片的一端固定在圓柱卷芯上。2，手動或通過馬達使卷芯自轉，將電極片卷繞成柱狀。3，卷邊貼膠帶使柱狀電極保持形狀。

根據本發明的一實施方式，所述的鋰硫電池，其特征在于：所用正極材料硫電極采用的鎳網用乙醇溶液超聲浸泡清洗，時間為10分鐘。

根據本發明的一實施方式，所述的鋰硫電池，其特征在于：所用涂敷鎳網的材料為S/Se混合粉、炭黑、粘合劑的混合物。

根據本發明的一實施方式，所述涂覆鎳網的混合物，其特征在于：所用S粉/Se混合粉、炭黑、粘合劑的質量比例分別為80％，15％，5％；：所用Se粉和S粉混合物的質量比例分別為10％，90％。以NMP為溶劑制備漿料并采用涂布機或手動方法涂覆在鎳網上。

根據本發明的一實施方式，所述的粘合劑，其特征在于：所用的粘合劑為聚偏氟乙烯。

根據本發明的一實施方式，所述的涂敷后的鎳網，其特征在于：所用烘干溫度為40℃，時間為48小時。

根據本發明的一實施方式，所述的自成卷的柱狀正負極鋰硫電池，其特征在于：所用鋰鋁合金電極是鋁箔、鋰箔疊置壓片形成。

根據本發明的一實施方式，所述的鋰鋁合金電極，其特征在于：鋰箔在鋰鋁合金電極中的質量比為10％～90％。

根據本發明的一實施方式，所述的電解液，其特征在于:雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰、硝酸鋰溶于體積比1：1的乙二醇二甲醚和1,3-二氯戊烷的溶劑中配置電解液；其中，雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰和硝酸鋰的濃度分別為0.8M/L，0.2M/L。

本發明提供了柱狀電極，提高單位面積硫的負載量，從而解決了硫電極硫負載量不夠導致鋰硫電池能量密度較低及制備工藝繁瑣的問題。

本發明制備的工藝簡單，以此電極為正極制備的鋰硫電池具有生產成本低，能量密度高的特點。

附圖說明

圖1為正負極自稱卷的柱狀鋰硫電池結構示意圖。

具體實施方式