[發(fā)明專利]二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極的制備方法以及一種鋰硫電池

有效

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• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN110581263B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚永亮;詹世英;朱守超;蔡惠群;李海軍
• 申請（專利權(quán)）人: 銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/505;H01M4/62;H01M4/04;H01M4/1395;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果;侯峰

本發(fā)明公開了一種二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極的制備方法，通過磁控濺射法以二氧化錳對金屬鋰片進行沉積改性；還公開了一種二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極。本發(fā)明能夠減少界面阻抗，提升界面接觸效果；減少枝晶的生長，降低安全隱患。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極的制備方法以及一種鋰硫電池。

背景技術(shù)

隨著智能移動設(shè)備和電動汽車的發(fā)展，對鋰離子電池能量密度提出了更高要求；相對于標準氫電極，金屬鋰負極具有高達3860mAh·g^-1的理論比容量及-3.04V的超負電極電勢，是構(gòu)建高比能電池的理想負極；以鋰金屬為負極、硫單質(zhì)為正極構(gòu)建的鋰-硫電池體系，其理論比容量高達1675mAh·g^-1，理論比能量高達2600Wh·kg^-1，是普通商用鋰離子電池的5倍以上；開發(fā)基于金屬鋰為負極的高比能鋰硫電池體系日益受到廣泛的關(guān)注，成為鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點。但目前金屬鋰負極依然存在諸多問題，如鋰金屬負極具有高反應(yīng)活性，在多次充放電過程中容易生成枝晶，并和電解液發(fā)生發(fā)應(yīng)，形成死鋰，嚴重的降低電池的庫倫效率和使用壽命；更為嚴重地是，鋰枝晶的生長會刺穿隔膜，造成電池短路進而引發(fā)安全問題。

針對以上問題，科研工作者采用碳、陶瓷及相關(guān)復(fù)合材料等包覆在鋰金屬的表面，阻止其與電解液接觸，同時抑制鋰枝晶的生長；這在一定程度上，提高了鋰金屬負極庫倫效率和使用壽命，但包覆層也帶來了高阻抗和界面接觸不良的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極的制備方法以及一種鋰硫電池。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例提供一種二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極的制備方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：將儲存在手套箱中的金屬鋰片轉(zhuǎn)移到真空倉中；

步驟二：在室溫條件下，向所述真空倉中充入惰性氣體，并且進行磁控濺射處理之后，以純度大于99％的二氧化錳為靶材沉積到所述金屬鋰片上，獲得MnO₂沉積厚度為2-15nm的MnO₂包覆金屬鋰復(fù)合材料；

步驟三：將所述MnO₂包覆金屬鋰復(fù)合材料進行預(yù)鋰化處理，獲得二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極。

上述方案中，所述步驟一中，所述手套箱的水氧含量低于0.5ppm，所述真空倉的真空度為10^-6-10^-4托。

上述方案中，所述步驟二中，所述惰性氣體為純度99.99％的氦氣、氬氣和氖氣中的一種或多種。

上述方案中，所述步驟二中的磁控濺射處理，具體為，采用超頻磁控濺射儀，運行功率為30-60W。

上述方案中，所述步驟三中的預(yù)鋰化處理，具體為：在電流密度為0.1-1mAcm^-2的環(huán)境下，充放電5-15次，每次10-30分鐘。

本發(fā)明實施例還提供一種鋰硫電池，由正極和負極組成，所述正極為碳納米管載硫單質(zhì)，所述負極為如上述方法制得的二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的二氧化錳改性鋰硫電池金屬鋰負極能夠減少界面阻抗，提升界面接觸效果；減少枝晶的生長，降低安全隱患。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的鋰硫電池與常規(guī)金屬鋰負極電池的交流阻抗圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的鋰硫電池前50圈的充放電曲線圖；

圖3為常規(guī)金屬鋰負極電池前50圈的充放電曲線圖。

具體實施方式