[發(fā)明專利]鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層和制備方法及鋰硫電池

在審

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• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110718692A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 成娟娟;歐云;王艷;劉騫;劉龍飛;劉達
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/052;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 51241 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡文莉

本發(fā)明公開了鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層和制備方法及鋰硫電池，氟化物穩(wěn)定層位于鋰硫電池正極和隔膜界面區(qū)域，氟化物包覆于正極表面或隔膜表面，或夾于正極與隔膜之間；所述的氟化物為氟化碳或具有電化學活性的金屬氟化物及其復合物。本發(fā)明提供的鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層是將上述氟化物刮涂或旋涂或沉積于正極或隔膜或碳網表面。本發(fā)明中的氟化物穩(wěn)定層可以有效減緩充放電循環(huán)過程中正極表面裂紋的產生，增強正極的強度，同時減緩負極金屬鋰的腐蝕，提升鋰硫電池的壽命和安全性。

技術領域

本發(fā)明屬于電池技術領域，尤其涉及一種鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層和制備方法及鋰硫電池。

背景技術

隨著環(huán)境問題的日益突出，清潔能源得到大力發(fā)展，同時，人們對電動汽車等綠色交通工具的需求逐漸增大，因而，高能量密度、長循環(huán)壽命和高安全性能成為化學電源的發(fā)展方向。鋰硫電池作為一種新型二次電池，能量密度高達2600Wh/kg，是目前商業(yè)化鋰離子電池的3～5倍，并且，鋰硫電池的正極活性物質單質硫來源廣泛，且環(huán)境友好，因而，鋰硫電池得到廣泛研究和發(fā)展。

目前，鋰硫電池面臨的主要問題如下：第一，在充放電循環(huán)過程中，單質硫放電形成的中間產物多硫化物容易溶解于電解液而發(fā)生在正極和負極之間的穿梭效應，進而引起正極失效和負極腐蝕，電池容量大幅度衰減；第二，由于單質硫和放電產物硫化鋰的密度不同，導致正極在充放電過程中產生較大的體積變化，引起電極破壞。針對第一個問題，主要采用多孔碳等材料對單質硫及多硫化物進行物理束縛，或者通過氧化物、硫化物等物質與多硫化物的化學作用減緩穿梭效應，使得鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性能得到一定提升。然而，對于鋰硫電池中由于體積效應引起的電極破壞問題，研究相對較少。在鋰硫電池中，正極在放電、充電過程中發(fā)生從固相到液相再到固相的可逆、反復轉變，因而增加了電極結構的不穩(wěn)定性。為了進一步提升鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性，促進其產業(yè)化進程，提升鋰硫電池電極的穩(wěn)定性很有必要。

發(fā)明內容

基于此，本發(fā)明的目的是，提供一種鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層和制備方法及鋰硫電池。解決鋰硫電池多硫化物穿梭、正極結構破壞和負極金屬鋰腐蝕的問題，提升鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層，所述的氟化物穩(wěn)定層為氟化物制成，該氟化物穩(wěn)定層位于正極和隔膜界面區(qū)域，氟化物包覆于正極表面或隔膜表面，或夾于正極與隔膜之間；氟化物為氟化碳或具有電化學活性的金屬氟化物及其復合物。

所述的鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層，厚度為10nm～10μm。

進一步，氟化碳為CF_x，0<x<1.3。

氟化碳為氟化石墨、氟化軟碳、氟化碳納米管、氟化碳纖維和氟化石墨烯等中的一種或幾種。

進一步的，電化學活性是以金屬鋰為對電極能夠可逆地進行多電子得失反應。

其中，所述的金屬氟化物及其復合物為MgF₂、AlF₃、TiF₃、VF₃、MnF₃、FeF₂、FeF₃、CoF₃、NiF₂、CuF₂、AgF₂、CdF₂、HgF₂、BiF₃中的一種或幾種或與碳類或者金屬類或金屬氧化物或金屬硫化物的復合物。

該鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層的制備方法是將氟化物通過刮涂或旋涂或沉積包覆于正極表面或隔膜表面或碳網表面。進一步的，所述的正極表面為正極接觸隔膜的一面，隔膜表面為隔膜接觸正極的一面，碳網表面為碳網雙面。

該鋰硫電池氟化物穩(wěn)定層，可用于制備鋰硫電池。