專利名稱：鋰硫電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰硫電池，具體地涉及具有高容量和良好速率能力的鋰硫電池。
(b)相關(guān)技術(shù)鋰硫二次電池用具有硫-硫鍵的硫基化合物作為陽極活性物質(zhì)，用鋰金屬或碳基化合物作為陰極活性物質(zhì)。其中發(fā)生嵌入化學(xué)反應(yīng)的碳基化合物包括石墨、石墨嵌入化合物和含碳材料，其中所述含碳材料中嵌入了鋰。通過放電(電化學(xué)還原)，硫-硫鍵斷開，結(jié)果S的氧化數(shù)下降。當(dāng)再充電時(電化學(xué)氧化)，硫-硫鍵形成，結(jié)果S的氧化數(shù)增加。
能夠溶解陽極活性物質(zhì)的還原產(chǎn)物—多硫化物的有機化合物，用作上述鋰硫電池的電解質(zhì)溶劑。對于鋰硫電池的性能，電解質(zhì)溶劑的選擇是重要的。
美國專利5523179(PolyPlus電池公司)、5532077(Po1yPlus電池公司)、5789108(PolyPlus電池公司)和5814420(PolyPlus電池公司)描述一種有機液體電解質(zhì)，該有機液體電解質(zhì)選自環(huán)丁砜化合物，二甲砜化合物，碳酸二烷基酯化合物，四氫呋喃化合物，碳酸亞丙酯化合物，碳酸亞乙酯化合物，碳酸二甲酯化合物，丁內(nèi)酯化合物，N，N-二甲基吡咯烷酮，四甲脲化合物，甘醇二甲醚化合物，醚化合物，冠醚化合物，二甲氧基乙烷化合物，二氧戊環(huán)化合物以及它們的組合。另外，美國專利5814420(PolyPlus電池公司)描述了陽極的一種液體狀態(tài)的離子導(dǎo)體，其中包括環(huán)丁砜，二甲基砜，碳酸二烷基酯，四氫呋喃，碳酸亞丙酯，碳酸亞乙酯，碳酸二甲酯，丁內(nèi)酯，N-甲基吡咯烷酮，四甲脲，甘醇二甲醚，醚，冠醚，二甲氧基乙烷和二氧戊環(huán)中的至少一種。
美國專利6030720(PolyPlus電池公司)描述了一種液體電解質(zhì)溶劑，該液體電解質(zhì)溶劑包括通式為R1(CH2CH2O)nR2的主溶劑，其中n為2至10，R1和R2為選自烷基、烷氧基、取代烷基或取代烷氧基中的相異或相同的基團(tuán)，同時還描述了一種液體電解質(zhì)溶劑，該溶劑包括冠醚、穴狀配體和供電子體溶劑中的至少一種。除上述具有乙氧基重復(fù)單元的化合物之外，某些電解質(zhì)溶劑還包括電子供體溶劑或電子受體溶劑。電子供體為選自六甲基磷酸三酰胺，吡啶，N，N-二乙基乙酰胺，N，N-二乙基甲酰胺，二甲基亞砜，四甲脲，N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，磷酸三丁酯，磷酸三甲酯，N，N，N′，N′-四乙基磺酰胺，四亞甲基二胺，四甲基亞丙基二胺或五甲基二亞乙基三胺中的至少一種。
WO99/33131(Mo1tech公司)描述了一種電解液，該電解液包括一種或多種選自N-甲基乙酰胺，乙腈，碳酸酯，環(huán)丁砜，砜，取代的吡咯烷酮，二氧戊環(huán)，甘醇二甲醚或硅氧烷中的電解質(zhì)溶劑。
電池的性能(例如容量和額定容量)很大程度上取決于電解質(zhì)溶劑的組成。然而，現(xiàn)有技術(shù)中沒有提到最佳電解液的組成或開發(fā)策略，最佳電解液是開發(fā)性能良好的鋰硫電池所必需的。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是通過制備最佳電解液的方法，來提供具有高容量和良好額定容量的鋰硫電池。
為了實現(xiàn)上述和其它目的，本發(fā)明提供一種包括陰極、陽極和電解液的鋰硫電池。所述陰極包括活性物質(zhì)，該活性物質(zhì)選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料、鋰合金和鋰金屬。所述陽極包括作為活性物質(zhì)的硫基化合物和導(dǎo)電材料。硫基化合物包括元素硫和有機硫化合物中的至少一種。所述電解液包括混合的有機溶劑，該混合有機溶劑包括選自弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰保護(hù)溶劑組基團(tuán)中的至少兩組。某些電解液包括至少一種或多種選自同一組的溶劑。該電解液包括一種或多種電解質(zhì)鹽。
本文中所使用的術(shù)語“弱極性溶劑”被定義為能夠溶解元素硫且介電常數(shù)小于15的溶劑。弱極性溶劑選自芳香化合物，環(huán)狀或非環(huán)狀的醚化合物或者非環(huán)狀碳酸酯化合物。
本文中所使用的術(shù)語“強極性溶劑”被定義為能夠溶解多硫化鋰且介電常數(shù)大于15的溶劑。強極性溶劑選自環(huán)狀碳酸酯化合物，亞砜化合物，內(nèi)酯化合物，酮化合物，酯化合物，硫酸酯化合物或亞硫酸酯化合物。
本文中所使用的術(shù)語“鋰保護(hù)溶劑”被定義為一種溶劑，該溶劑能夠在鋰表面形成很好的保護(hù)層，即穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)層，并且具有良好的循環(huán)效率。鋰保護(hù)溶劑選自飽和的醚化合物，不飽和的醚化合物，或者包括N、O和S的雜環(huán)化合物。
陽極可任選地包括至少一種選自過渡金屬，IIIA族元素，IVA族元素，它們的硫化合物，或者它們的合金的添加劑。
當(dāng)鋰硫電池放電時，在陽極，硫被還原，形成多硫化物(Sn-1，Sn-2，其中n≥2)和硫化物(S-2)。已知多硫化物常以溶解狀態(tài)而硫化物在沉淀狀態(tài)存在于電極中。元素硫在混合有機溶劑中的溶解度優(yōu)選為大于或等于0.5mM。為了制備高容量電池，在整個放電過程產(chǎn)生的多硫化物(Sn-1，Sn-2，其中n≥2)的原子硫濃度優(yōu)選為至少5M。
附圖簡述通過下面優(yōu)選實施方案的描述，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點將是顯而易見的，而且更易于理解。在附圖中

圖1示出了鋰硫電池的放電曲線，所述鋰硫電池是用實施例1、對比例1和3的電解液制造的。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供了一種具有高容量和良好額定容量的鋰硫電池。與鋰硫電池容量相關(guān)的重要因素是硫的采用，這又很大程度上取決于電解液。因此，電解液成分的優(yōu)化是開發(fā)高容量鋰硫電池的重要因素。鋰硫電池的額定容量也極大地依賴于電解液溶劑的組成，因為電化學(xué)反應(yīng)的速率與電解液溶劑有直接的關(guān)系。
在Levillain等，J.Electroanal.Chem.Vol.420，pp167-177，(1997)；F.Gaillard等，J.Electroanal.Chem.Vol.440，pp129-138，(1997)和E.Lecillain等，J.Electroanal.Chem.Vol.440，pp243-250，(1997)中，詳細(xì)地描述了硫的電化學(xué)反應(yīng)是由多種電極反應(yīng)和多種耦合化學(xué)反應(yīng)組成的?？赡嫘圆詈退俾食?shù)低的耦合化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致硫的利用率低和額定容量差，因為該化學(xué)反應(yīng)與電極反應(yīng)直接相關(guān)。
一般地，在硫的還原產(chǎn)物—多硫化物(Sn-1，Sn-2，其中n≥2)中，硫的氧化數(shù)大于0或小于-2。本文中所使用的術(shù)語“硫氧化數(shù)”被定義為電荷與硫的鏈長度的比值。硫氧化數(shù)接近0的多硫化物溶解于弱極性溶劑中，而硫氧化數(shù)小于或等于-1的多硫化物溶解于強極性溶劑中。因此，為了溶解具有不同氧化值的多硫化物，需要使用包括弱極性溶劑和強極性溶劑的混合溶劑作為電解質(zhì)溶劑。
本發(fā)明的電解質(zhì)的混合有機溶劑包括選自弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰保護(hù)溶劑組中的至少兩組。某些電解液包括至少一種或多種選自同一組的溶劑。
本文中所使用的術(shù)語“弱極性溶劑”被定義為能夠溶解元素硫且介電常數(shù)小于15的溶劑。弱極性溶劑選自芳香化合物，環(huán)狀或非環(huán)狀的醚化合物或者非環(huán)狀碳酸酯化合物。
本文中所使用的術(shù)語“強極性溶劑”被定義為能夠溶解多硫化鋰且介電常數(shù)大于15的溶劑。強極性溶劑選自環(huán)狀碳酸酯化合物，亞砜化合物，內(nèi)酯化合物，酮化合物，酯化合物，硫酸酯化合物或亞硫酸酯化合物。
本文中所使用的術(shù)語“鋰保護(hù)溶劑”被定義為一種溶劑，該溶劑能夠在鋰表面形成很好的保護(hù)層，即穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)層，并且具有良好的循環(huán)效率。鋰保護(hù)溶劑選自飽和的醚化合物，不飽和的醚化合物，或者包括N、O和S的雜環(huán)化合物。
弱極性溶劑的例子包括二甲苯，二甲氧基乙烷，2-甲基四氫呋喃，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，甲苯，甲醚，乙醚，二甘醇二甲醚或四甘醇二甲醚。
強極性溶劑的例子包括六甲基磷酸三酰胺，γ-丁內(nèi)酯，乙腈，碳酸亞乙酯，碳酸亞丙酯，N-甲基吡咯烷酮，3-甲基-2噁唑烷酮，二甲基甲酰胺，環(huán)丁砜，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜，硫酸二甲酯，乙二醇二乙酸酯，亞硫酸二甲酯，亞硫酸乙二醇酯。
鋰保護(hù)溶劑的例子包括四氫呋喃，環(huán)氧乙烷，1，3-二氧戊環(huán)，3，5-二甲基異噁唑，2，5-二甲基呋喃，呋喃，2-甲基呋喃，1，4-環(huán)氧乙烷和4-甲基二氧戊環(huán)。
本發(fā)明電池任選的電解質(zhì)鹽的例子包括三氟甲磺酰亞胺鋰，三氟甲磺酸鋰，高氯酸鋰，LiPF6或LiBF4，四烷基銨鹽(如四丁基四氟硼酸銨(TBABF4))，室溫下為液態(tài)的鹽(如雙(全氟乙基磺酰)亞胺1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIBeti)的咪唑鎓鹽)，或它們的組合。
陽極包括作為活性物質(zhì)的硫基化合物，所述陽極活性物質(zhì)包括選自元素硫和有機硫化合物中的至少一種。陽極可任選地包括至少一種選自過渡金屬，IIIA族元素，IVA族元素，它們的硫化合物以及它們的合金中的添加劑。所述過渡元素金屬包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au和Hg，所述IIIA族元素包括Al、Ga、In和Tl，所述IVA族元素包括Si、Ge、Sn和Pb。
陽極包括導(dǎo)電材料或任選地包括添加劑，所述導(dǎo)電材料促進(jìn)電子在帶有硫基化合物的陽極中的運動。導(dǎo)電材料的例子不限于這些，還包括導(dǎo)電的碳材料，如石墨、碳黑，以及導(dǎo)電的聚合物，如聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯，或者它們的組合。
可以加入粘合劑以加強陽極的機械整體性，提高固-固界面和/或固-液界面的機械和電接觸，增加整個陽極的電子和/或離子的傳導(dǎo)，并且進(jìn)一步強化電化學(xué)的氧化還原反應(yīng)。所述粘合劑的例子包括聚(乙酸乙烯酯)，聚乙烯醇，聚環(huán)氧乙烷，聚乙烯吡咯烷酮，烷基化的聚環(huán)氧乙烷，交聯(lián)的聚環(huán)氧乙烷，聚乙烯醚，聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏1，1-二氟乙烯，六氟丙烯和偏1，1-二氟乙烯共聚物(商品名Kynar)，聚丙烯酸乙酯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚乙烯基吡啶，聚苯乙烯，以及它們的衍生物、混合物和共聚物。
制備陽極的方法將更詳細(xì)地闡述。將粘合劑溶解于溶劑中，并將導(dǎo)電材料分散于其中，由此得到一種分散溶液?？梢允褂萌魏稳軇?，只要該溶劑能夠均勻地分散硫基化合物、粘合劑和導(dǎo)電材料。可用的溶劑包括乙腈、甲醇、乙醇、四氫呋喃、水、異丙醇和二甲基甲酰胺。然后，將硫基化合物和任選的添加物均勻地分散于所述的分散溶液中，以制得陽極漿料。將所述漿料涂敷在電流收集體上，并將已涂敷的電流收集體干燥，形成陽極。所述電流收集體不限于但優(yōu)選由不銹鋼、鋁、銅或鈦等導(dǎo)電材料制成。更優(yōu)選使用碳涂敷的鋁電流收集體。與裸露的鋁電流收集體相比，所述碳涂敷的鋁電流收集體對包括陽極材料的涂層具有優(yōu)異的粘結(jié)特性，具有較低的接觸電阻，并且抑制多硫化物的腐蝕。
陰極包括陰極活性物質(zhì)，所述活性物質(zhì)選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料、鋰合金或鋰金屬。所述鋰合金包括鋰/鋁合金或鋰/錫合金。
所述其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料是碳基化合物。可使用任何碳材料，只要該碳材料能夠嵌入或脫出鋰離子。碳材料的例子包括結(jié)晶碳、無定形碳或它們的混合物。
在確定電解液浸入量時，陽極的孔隙度是非常重要的因素。如果孔隙度特別低，則發(fā)生局部放電，導(dǎo)致高濃度的多硫化鋰并容易沉淀，這降低硫的利用率。同時，如果孔隙度非常高，則漿液密度變低，以致于很難制備高容量的電池。優(yōu)選陽極的孔隙度為整個陽極體積的至少5％更優(yōu)選至少10％，最優(yōu)選為15％至65％。
當(dāng)鋰硫電池放電時，在陽極，硫被還原，形成多硫化物(Sn-1，Sn-2，其中n≥2)和硫化物(S-2)。已知多硫化物常以溶解狀態(tài)而硫化物在沉淀狀態(tài)存在于電極中。元素硫在混合有機溶劑中的溶解度優(yōu)選為大于或等于0.5mM。為了制備高容量電池，在整個放電過程產(chǎn)生的多硫化物(Sn-1，Sn-2，其中n≥2)的原子硫濃度優(yōu)選為至少5M。
在下文中，將參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。但是，這些實施例不應(yīng)在任何意義上解釋為是對本發(fā)明范圍的限制。
實施例1將20％(重量百分比)作為粘結(jié)劑的聚乙烯吡咯烷酮和20％作為導(dǎo)電材料的碳黑添加到二甲基酰胺溶劑中，隨后加入60％的元素硫，制得漿液。將此漿液涂敷在碳涂敷的Al電流收集體上。然后，將涂敷過的電流收集體干燥。將陽極和真空干燥的隔板轉(zhuǎn)移至手套箱中。將1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為3∶1∶1)中的電解液置于陽極上，隨后放上隔板。然后在電流收集體上加上電極線。將作為陰極的鋰金屬電極放置在電流收集體上，然后按常規(guī)方法制造鋰硫電池。
實施例2按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為2∶2∶1)中的電解液。
實施例3按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/環(huán)丁砜/二甲基亞砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為20∶16∶4∶10)中的電解液。
實施例4按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/2-甲基四氫呋喃/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為16∶4∶20∶10)中的電解液。
實施例5按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/3，5-二甲基異噁唑/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為4∶1∶4∶1)中的電解液。
實施例6按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于3，5-二甲基異噁唑/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為1∶2∶2)中的電解液。
實施例7按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/二甘醇二甲醚/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為2∶2∶1∶5)中的電解液。
比較例1按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷中的電解液。
比較例2按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/二甲苯(體積比為4∶1)中的電解液。
比較例3按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為4∶1)中的電解液。
比較例4按與實施例1中所描述的步驟相同的步驟制造電池，只是使用1M的LiSO3CF3于二甲氧基乙烷/二甘醇二甲醚/環(huán)丁砜/1，3-二氧戊環(huán)(體積比為2∶2∶1∶5)中的電解液。
在環(huán)境溫度下，評價實施例1-7和比較例1-4的電池的硫利用率。放電電流密度設(shè)置為0.185mA/cm2，充電電流密度設(shè)置為O.37mA/cm2。放電截止電壓設(shè)置為1.5V，而充電容量設(shè)置為理論容量的55％。另外，在放電電流密度為0.925mA/cm2和1.85mA/cm2時，分別評價實施例1和比較例3中的硫利用率。硫利用率的結(jié)果見1中。硫利用率的定義是觀測到的容量與理論容量的百分比，即1675mAh/g。
表1
如表1所示，硫利用率很大程度上取決于電解液的成分。由表1可明顯地看出，比較例1和2表明弱極性溶劑組的一種或兩種溶劑與其它溶劑相比具有差的利用率。同時，采用了至少兩種選自弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰保護(hù)溶劑組的溶劑的實施例1-6的電池，具有優(yōu)異的硫利用率。特別是當(dāng)放電電流密度增長到1.85mA/cm2時，實施例1的硫利用率比比較例1或2在0.185mA/cm2處的硫利用率高。
實施例1與比較例3相比，包括弱極性溶劑、強極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑(實施例1)的混合有機溶劑的硫利用率，比包括弱極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑(比較例3)的混合有機溶劑的硫利用率高。另外，實施例7與比較例4相比，可以看出在鎳電池(實施例7)中硫的利用率提高了。
圖1示出了實施例1與比較例1和3的電池在0.185nA/cm2處的放電曲線。圖1表明，包括弱極性溶劑、強極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑的實施例1的電池具有最高的放電電壓，而僅包括弱極性溶劑的比較例1的電池具有最低的放電電壓。
盡管已參照優(yōu)選的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將領(lǐng)會到，在不脫離所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明作出多種修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種鋰硫電池，包括陰極，該陰極包括選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料、鋰合金和鋰金屬的陰極活性物質(zhì)；陽極，該陽極包括陽極活性物質(zhì)，所述陽極活性物質(zhì)包含至少一種選自元素硫和有機硫化合物的硫基化合物，以及導(dǎo)電材料；和電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括電解質(zhì)鹽和混合有機溶劑；其中，所述電解質(zhì)的混合有機溶劑包含至少兩個不同的組，這些組選自能夠溶解元素硫的弱極性溶劑組，能夠溶解多硫化鋰的強極性溶劑組，以及在鋰表面形成鋰保護(hù)的溶劑組，而且其中該混合有機溶劑包含至少一種或多種選自同一組的溶劑。
2.權(quán)利要求1的鋰硫電池，其中弱極性溶劑選自芳香化合物、環(huán)狀或非環(huán)狀的醚化合物和非環(huán)狀的碳酸酯化合物，并且具有小于15的介電常數(shù)。
3.權(quán)利要求1的鋰硫電池，其中強極性溶劑選自環(huán)狀碳酸酯化合物、亞砜化合物、內(nèi)酯化合物、酮化合物、酯化合物、硫酸酯化合物和亞硫酸酯化合物，并且具有大于15的介電常數(shù)。
4.權(quán)利要求1的鋰硫電池，其中鋰保護(hù)溶劑選自飽和的醚化合物，不飽和的醚化合物，包括N、O和S的雜環(huán)化合物。
5.權(quán)利要求2的鋰硫電池，其中弱極性溶劑為選自二甲苯，二甲氧基乙烷，2-二甲基四氫呋喃，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，甲苯，甲醚，乙醚，二甘醇二甲醚，四甘醇二甲醚中的至少一種。
6.權(quán)利要求3的鋰硫電池，其中強極性溶劑為選自六甲基磷酸三酰胺，γ-丁內(nèi)酯，乙腈，碳酸亞乙酯，碳酸亞丙酯，N-甲基吡咯烷酮，3-甲基-2-噁唑烷酮，二甲基甲酰胺，環(huán)丁砜，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜，硫酸二甲酯，乙二醇二乙酸酯，亞硫酸二甲酯和亞硫酸乙二醇酯中的至少一種。
7.權(quán)利要求4的鋰硫電池，其中鋰保護(hù)溶劑為選自四氫呋喃，環(huán)氧乙烷，二氧戊環(huán)，3，5-二甲基異噁唑，2，5-二甲基呋喃，呋喃，2-甲基呋喃，1，4-環(huán)氧乙烷，4-甲基二氧戊環(huán)中的至少一種。
8.權(quán)利要求1的鋰硫電池，其中陽極進(jìn)一步包括至少一種選自過渡金屬，IIIA族元素，IVA族元素，它們的硫化合物以及它們的合金的添加劑。
9.權(quán)利要求8的鋰硫電池，其中所述過渡金屬選自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au和Hg。
10.權(quán)利要求8的鋰硫電池，其中IIIA族元素選自Al、Ga、In和Tl，IVA族元素選自Si、Ge、Sn和Pb。
11.利要求1的鋰硫電池，其中電解質(zhì)鹽為選自三氟甲磺酰亞胺鋰，三氟甲磺酸鋰，高氯酸鋰，LiPP6，LiBF4，四烷基銨鹽以及它們的組合中的至少一種。
12.權(quán)利要求1所述鋰硫電池，其中混合有機溶劑進(jìn)一步包括第三組，以便該混合溶劑包括弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰保護(hù)溶劑組。
13.用于具有電極的鋰硫電池中的電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括第一溶劑，該第一溶劑包括下列溶劑中的一種能夠溶解硫氧化數(shù)接近0的多硫化物的弱極性溶劑，能夠溶解硫氧化數(shù)介于0和-1之間的多硫化物的強極性溶劑，和在電極之一的鋰表面上形成穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面的鋰保護(hù)溶劑，和第二溶劑，該第二溶劑包括弱極性溶劑、強極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑中的另外一種，以使第一和第二溶劑是不同的溶劑。
14.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，其中弱極性電解質(zhì)可以溶解元素硫，而強極性溶劑可以溶解多硫化鋰。
15.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，其中弱極性電解質(zhì)選自芳香化合物、環(huán)狀或非環(huán)狀的醚化合物和非環(huán)狀碳酸酯化合物，并且具有小于15的介電常數(shù)。
16.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，其中強極性電解質(zhì)選自環(huán)狀碳酸酯化合物、亞砜化合物、內(nèi)酯化合物、酮化合物、酯化合物、硫酸酯化合物和亞硫酸酯化合物，并且具有大于15的介電常數(shù)。
17.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，其中鋰保護(hù)電解質(zhì)選自飽和的醚化合物，不飽和的醚化合物和包括N、O和S的雜環(huán)化合物。
18.權(quán)利要求15的電解質(zhì)，其中弱極性溶劑為選自二甲苯，二甲氧基乙烷，2-甲基四氫呋喃，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，甲苯，甲醚，乙醚，二甘醇二甲醚和四甘醇二甲醚中的至少一種。
19.權(quán)利要求16的電解質(zhì)，其中強極性溶劑為選自六甲基磷酸三酰胺，γ-丁內(nèi)酯，乙腈，碳酸亞乙酯，碳酸亞丙酯，N-甲基吡咯烷酮，3-甲基-2-噁唑烷酮，二甲基甲酰胺，環(huán)丁砜，二甲基乙酰胺，二甲基亞砜，硫酸二甲酯，乙二醇二乙酸酯，亞硫酸二甲酯和亞硫酸乙二醇酯中的至少一種。
20.權(quán)利要求17的電解質(zhì)，其中鋰保護(hù)電解質(zhì)為選自四氫呋喃，環(huán)氧乙烷，二氧戊環(huán)，3，5-二甲基異噁唑，2，5-二甲基呋喃，呋喃，2-甲基呋喃，1，4-環(huán)氧乙烷和4-甲基二氧戊環(huán)中的至少一種。
21.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，該電解質(zhì)進(jìn)一步包括第三溶劑，所述第三溶劑包含弱極性溶劑、強極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑中剩下的一種，以使第一、第二和第三溶劑是不同的溶劑。
22.權(quán)利要求13的電解質(zhì)，該電解質(zhì)進(jìn)一步包括第三溶劑，所述第三溶劑是與第一、第二溶劑之一同一組的溶劑。
23.權(quán)利要求21的電解質(zhì)，該電解質(zhì)進(jìn)一步包括第四溶劑，所述第四溶劑是與第一、第二和第三溶劑之一同一組的溶劑。
24.一種制造鋰硫電池的方法，包括制備一種漿液，所述漿液包括導(dǎo)電材料、有機粘合劑和硫基化合物；將該漿液涂敷到電流收集體上，以形成陽極；提供陰極，所述陰極包括陰極活性物質(zhì)，所述陰極活性物質(zhì)包括其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料、鋰合金和鋰金屬之一；提供電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括第一溶劑，該第一溶劑包括能夠溶解硫氧化數(shù)接近0的多硫化物的弱極性溶劑，能夠溶解硫氧化數(shù)介于0和-1之間的多硫化物的強極性溶劑，以及在電極之一的鋰表面形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面的鋰保護(hù)溶劑，和第二溶劑，該第二溶劑包括弱極性溶劑、強極性溶劑和鋰保護(hù)溶劑中的另外一種，以使第一和第二溶劑是不同的溶劑；用隔板將電解質(zhì)置于陽極和陰極之間，以形成鋰硫電池。
25.權(quán)利要求24的方法，其中該陽極形成至少為陽極體積5％的孔隙率。
26.權(quán)利要求24的方法，其中該陽極形成為陽極體積15％至65％的孔隙率。
全文摘要
包括陰極、陽極和電解質(zhì)的鋰硫電池。該陰極包括陰極活性物質(zhì),此陰極活性物質(zhì)選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料、鋰合金或鋰金屬。該陽極包括作為陽極活性物質(zhì)的硫元素和有機硫化合物中的至少一種,以及導(dǎo)電材料。該電解質(zhì)包括弱極性溶劑組、強極性溶劑組和鋰保護(hù)溶劑組中的至少兩組,其中該電解質(zhì)包括至少一種或多種選自同一組的溶劑。該電解質(zhì)可任選地包括一種或多種電解質(zhì)鹽。
文檔編號H01M4/02GK1336696SQ0113252
公開日2002年2月20日 申請日期2001年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月2日
發(fā)明者鄭鏞洲, 金奭, 崔允碩, 崔水石, 李濟(jì)玩, 黃德哲, 金周石 申請人:三星Sdi株式會社