[發明專利]鋰硫電池及其組件，以及功能性材料層在鋰硫電池中的應用

有效

• 申請號: 201710656252.3
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107546357B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 唐子龍;王詩童
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M4/13;H01M4/134;H01M10/052
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

1.一種鋰硫電池，包括：

硫基正極；

鋰基負極；

設置在所述硫基正極與所述鋰基負極之間的隔膜；以及

設置在所述硫基正極與所述鋰基負極之間的功能性材料層，所述功能性材料層的材料包括具有Li、H、M及O元素的Li-H-M-O體系化合物，其中M為過渡金屬元素，所述Li-H-M-O體系化合物中H以結晶水或結構水形式存在，所述過渡金屬元素M選自鈦、錳、釩、鎢、鉬、鎳及鈷中的至少一種。

2.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述Li-H-M-O體系化合物的通式為Li_(0.01～4)H_(0.01～8)MO_{(1-σ～6-σ)},且0≤σ≤1，其中σ為氧空位的量。

3.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述Li-H-M-O體系化合物的一次顆粒的粒徑尺寸為1納米至800納米。

4.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述Li-H-M-O體系化合物的比表面積為1m²/g至600m²/g。

5.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述Li-H-M-O體系化合物具有層狀晶體結構。

6.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述功能性材料層的厚度為10nm～200μm，面密度為0.1～30mg/cm²。

7.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述功能性材料層的材料還包括電子導電材料和粘結劑，所述電子導電材料和粘結劑與所述Li-H-M-O體系化合物均勻混合。

8.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述功能性材料層設置在所述硫基正極面向所述鋰基負極的表面，所述隔膜的至少一個表面，或者所述鋰基負極面向所述硫基正極的表面。

9.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述功能性材料層設置在所述隔膜的兩個表面。

10.根據權利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述Li-H-M-O體系化合物在所述功能性材料層中的質量百分含量為5％～99％。

11.一種復合隔膜，所述復合隔膜用于鋰硫電池，其特征在于，所述復合隔膜包括隔膜及設置在所述隔膜至少一個表面的功能性材料層，所述功能性材料層的材料包括具有Li、H、M及O元素的Li-H-M-O體系化合物，其中M為過渡金屬元素，所述Li-H-M-O體系化合物中H以結晶水或結構水形式存在，所述過渡金屬元素M選自鈦、錳、釩、鎢、鉬、鎳及鈷中的至少一種。

12.一種鋰硫電池電極組件，其特征在于，包括相互層疊設置的鋰基負極、隔膜及功能性材料層，所述功能性材料層設置在所述鋰基負極與所述隔膜之間，所述功能性材料層的材料包括具有Li、H、M及O元素的Li-H-M-O體系化合物，其中M為過渡金屬元素，所述Li-H-M-O體系化合物中H以結晶水或結構水形式存在，所述過渡金屬元素M選自鈦、錳、釩、鎢、鉬、鎳及鈷中的至少一種。

13.一種復合鋰基負極，其特征在于，包括相互層疊設置的金屬鋰及功能性材料層，所述功能性材料層的材料包括具有Li、H、M及O元素的Li-H-M-O體系化合物，其中M為過渡金屬元素，所述Li-H-M-O體系化合物中H以結晶水或結構水形式存在，所述過渡金屬元素M選自鈦、錳、釩、鎢、鉬、鎳及鈷中的至少一種。