[發明專利]全石墨鋰硫電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201810084961.3
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108321438B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 左朋建;何夢雪;李素麗;高云智;徐延銘;李俊義
• 申請（專利權）人: 珠海光宇電池有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務所 44291
• 代理人: 楊煥軍

全石墨鋰硫電池的制備方法，將多孔石墨與單質硫混合，將硫負載到多孔石墨中，制得石墨/硫復合材料，將石墨/硫復合材料與導電劑、粘結劑混合，加入溶劑制得正極漿料，將正極漿料涂覆于正極集流體上，干燥后得到正極極片；將多孔石墨與導電劑、粘結劑混合，加入溶劑制得負極漿料，將負極漿料涂覆于負極集流體上，干燥后得到多孔石墨負極，將多孔石墨負極進行預鋰化處理，得到嵌鋰石墨負極；將正極極片、嵌鋰石墨負極、隔膜組裝在一起，加入電解液制成鋰硫電池。本發明將多孔石墨用于制備正、負極，提高了電子電導率，并可緩解多硫化鋰的穿梭效應，同時采用預鋰化多孔石墨電極取代金屬鋰負極，避免了鋰枝晶的產生，提高了電池安全性。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池技術領域，尤其涉及一種全石墨結構的鋰硫電池。

背景技術

近年來便攜式電子設備及電動汽車發展迅猛，因此對于高比能長循環儲能設備的需求也更加迫切。目前商業化的鋰離子電池以嵌入反應為主，理論比容量較低，能量密度難以突破300Wh/kg。單質硫具有較高的理論比容量(1675mAh/g)，當正極采用硫為活性物質，負極采用金屬鋰為活性物質時，鋰硫電池的理論能量密度可達2600Wh/kg，體積能量密度達3400Ah/L，而且單質硫的成本較低，因此鋰硫電池成為極具潛力的下一代高比能電池。

但目前鋰硫電池在實際應用中仍存在以下問題：一是單質硫與放電終產物為絕緣體，活性物質利用率低；二是其中間產物(多硫化鋰)溶于電解液，會造成“穿梭效應”，導致容量衰減快，庫倫效率低；三是金屬鋰負極容易產生鋰枝晶，刺破隔膜，引發安全問題。

為解決以上問題，研究者們進行了大量的研究，來提高鋰硫電池的電化學性能。例如利用介孔碳、導電聚合物等材料作為正極活性物質載體，提高其電子電導率。或是使用極性物質材料作為正極活性物質載體，通過載體與多硫化鋰之間的相互作用降低多硫化鋰的溶解，緩解穿梭效應。或是以硫化鋰作為正極活性物質，以石墨、硅等材料取代金屬鋰，以排除安全隱患。但以上方法在電池工業化制備過程中仍受到一些技術上的制約，如厚電極難以涂覆、干燥期間易出現裂紋，導致活性物質脫落，并且繁瑣的材料制備工藝不適合用于大規模生產等。而且鋰硫電池想要獲得可與商業鋰離子電池相比擬的能量密度，正極復合材料中硫含量必須大于75wt％，正極片的硫載量應在5mg/cm²以上。因此，依然存在需要更進一步改善鋰硫電池的電化學性能的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種全石墨鋰硫電池及其制備方法，可以克服單質硫不導電、多硫化鋰易溶于電解液而導致電池循環新能差、庫倫效率低，以及金屬鋰負極易產生鋰枝晶的問題。

為了實現上述目的，本發明采取如下的技術解決方案：

全石墨鋰硫電池的制備方法，包括以下步驟：

制備正極極片：將多孔石墨與單質硫以2～5:5～8的質量比混合，將硫負載到多孔石墨中，制得石墨/硫復合材料，將石墨/硫復合材料與導電劑、粘結劑混合，加入溶劑制得正極漿料，將正極漿料涂覆于正極集流體上，干燥后得到正極極片；

制備負極極片：將多孔石墨與導電劑、粘結劑混合，加入溶劑制得負極漿料，將負極漿料涂覆于負極集流體上，干燥后得到多孔石墨負極，將多孔石墨負極進行預鋰化處理，得到嵌鋰石墨負極；

組裝電池：將正極極片、嵌鋰石墨負極、隔膜組裝在一起，加入電解液制成鋰硫電池。

全石墨鋰硫電池的制備方法，包括以下步驟：

制備多孔石墨電極：將多孔石墨與導電劑、粘結劑混合，加入溶劑制得電極漿料，將電極漿料涂敷于集流體上，干燥后得到多孔石墨電極；

制備負極極片：將多孔石墨電極進行預鋰化處理，得到嵌鋰石墨負極；

組裝電池：將多孔石墨電極、嵌鋰石墨負極、隔膜組裝在一起，先將含有長鏈多硫化鋰的溶液滴加到正極集流體表面，然后再加入電解液，得到鋰硫電池。