[發明專利]一種鋰硫電池正極用離子透過型包覆膜材料

在審

• 申請號: 201910657304.8
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110416477A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 田韜
• 申請（專利權）人: 田韜
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M4/13;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰硫二次電池正極材料技術領域，且公開了一種鋰硫電池正極用離子透過型包覆膜材料，包括以下重量份數配比的原料：65～80份的高密度聚乙烯、15～30份的碳酸鋰型陽離子交換樹脂粉、10～20份的增塑劑、1～2份的穩定劑；其中，碳酸鋰型陽離子交換樹脂粉包括以下重量份數配比的原料：30～50份的苯乙烯、0.5～0.8份的亞甲基雙丙烯酰胺、5～10份的甲苯、1～2份的偶氮異丁腈、100份的二氯乙烷、15～30份的質量分數為30％的碳酸鋰(Li₂CO₄)。本發明解決了目前鋰硫二次電池在還原過程中生成的鋰硫中間產物多硫化物易溶解在有機電解液中，導致活性材料的流失及電解液粘度增大，從而導致離子遷移困難的技術問題。

技術領域

本發明涉及鋰硫二次電池正極材料技術領域，具體為一種鋰硫電池正極用離子透過型包覆膜材料。

背景技術

目前電動汽車一次充電行駛里程不及傳統油車的1/3，為了滿足電動汽車技術、以及即將到來的智能汽車技術的發展需求，必須全面提升動力電池的性能。因此，研制具有更高比容量和更優電化學性能的新型正極材料成為發展下一代鋰二次電池的關鍵。

鋰硫電池是近幾年來高容量鋰離子電池研究的熱點之一，與傳統的鋰離子電池氧化物電極材料(如LiCoO₂，LiFePO₄等)相比，硫正極在比容量、能量密度和功率密度等方面都具有獨特的優勢。理論上，鋰與硫完全反應后生成LiS₂，可實現2個電子反應，且單質硫的原子量明顯輕于目前商業化鋰離子電池的嵌入化合物正極材料，其電極理論比容量可達1675mAh/g，以硫與金屬鋰構建的鋰/硫二次電池體系的理論能量密度達2600Wh/kg。

硫正極的電化學反應包括多步驟氧化還原反應，同時伴隨著硫化物的復雜相轉移過程，放電時，固相單質硫S₈(s)首先發生溶解形成液相單質硫S₈(l)，然后硫鍵逐漸斷裂被還原，然后按照反應方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-、S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-，逐步生成一系列可溶的中等長度鏈的聚硫陰離子(S_n^2-)，方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-，表示液相單質S₈逐漸被還原成S_n^2-(4≤n≤8),它們易溶解在電解液中，如下述方程式所示：S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-、S₂^2-+2Li⁺→Li₂S₂↓、S^2-+2Li⁺→Li₂S↓，隨著放電深度的加深，長鏈聚硫離子進一步被還原，生成低價態的S₂^2-和S^2-，與鋰離子發生結合，生成不可溶的終態產物Li₂S₂和Li₂S；而在充電過程中，則發生可逆的相反反應，放電產物Li₂S₂和Li₂S逐步被氧化成長鏈聚硫鋰，最終被氧化為單質硫；鋰硫電池具有兩個典型的放電平臺，一般情況下，高電壓平臺從2.45V降至2.1V，對應單質硫S₈經過一系列可溶聚硫陰離子，最后生成S₄^2-，低電壓平臺的電壓維持在2.1V～1.7V，表明生成的S₄^2-被最終還原成Li₂S₂和Li₂S。