專利名稱：纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維素膜的用途，特別是涉及纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰硫二次電池是指采用金屬鋰作為負極，單質(zhì)硫、硫基復(fù)合材料或有機硫化物(統(tǒng)稱為含硫材料)等作為正極的可充電池。單質(zhì)硫能與鋰反應(yīng)生成硫化鋰(Li2S),此電化學(xué)反應(yīng)以單質(zhì)硫計算的理論容量高達1672mAh/g，并且單質(zhì)硫價格低廉、安全無毒，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦驼龢O活性材料，具有高能量密度、長循環(huán)壽命、高安全性、低成本的鋰硫二次電池代表了下一代電池的發(fā)展方向。但是鋰硫二次電池在充放電過程中，由于硫電極中會有大量中間產(chǎn)物溶解于電解質(zhì)中，它們在電解質(zhì)中擴散，會在金屬鋰表面發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致電 池每周循環(huán)的庫侖效率低(指電池放電容量與同循環(huán)過程中充電容量之比)，從而極大阻礙了鋰硫二次電池的應(yīng)用。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN 101587951A、名稱為“一種用于鋰-硫電池的新型碳硫復(fù)合物”的發(fā)明專利，通過以高孔容、高導(dǎo)電性、高比表面的大孔炭材料為基體，將硫以單質(zhì)的形式填充進基體的納米及微米級孔中，也可同時發(fā)生硫與碳的化合反應(yīng)，制得硫在炭材料中以一種或一種以上化學(xué)狀態(tài)存在的新型碳硫復(fù)合物，可提高鋰硫二次電池的比能量、比功率和循環(huán)性能；另一公開號為CN 1838469A、名稱為“鋰-硫電池電解液及其可充鋰-硫電池“的發(fā)明專利，此電解液是以一種或一種以上的季胺鹽類離子液體為溶劑，以抑制電極反應(yīng)的中間產(chǎn)物多硫化物在電解液中的溶解性，可提高Li-S電池的容量特性和循環(huán)壽命；還檢索到一公開號為CN 102130364A、名稱為“一種鋰硫二次電池體系用凝膠型聚合物電解質(zhì)及制備方法”的發(fā)明專利，由聚合物支撐體、離子液體、有機溶劑、混合鋰鹽以及二氧化硅粒子組成；其制備方法是將咪唑類離子液體、二氧化硅與復(fù)合鋰鹽在溶有高分子聚合物的碳酸酯類溶液中制成凝膠液，然后涂布，干燥，得到凝膠型聚合物電解質(zhì)膜，可防止鋰硫二次電池體系中硫化物在液態(tài)電解液中的溶解，離子導(dǎo)電率高，且不易燃、不泄露。上述檢索到相關(guān)鋰硫二次電池的發(fā)明專利，各自解決了鋰硫二次電池不同的問題，但普遍存在庫侖效率低、副反應(yīng)高導(dǎo)致縮短使用壽命，并且存在制作相對復(fù)雜和成本高的問題，使得鋰硫二次電池難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供了一種纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，使得制成的鋰硫二次電池庫倫效率高、副反應(yīng)低、使用壽命長、制作簡單、成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，其特點是將具有纖維素高分子組分的纖維素膜應(yīng)用在鋰硫二次電池中。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案
所述纖維素膜為硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜和再生纖維素膜之一種。所述鋰硫二次電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)自下至上為正極集流體、正極材料、多孔隔膜、負極片，所述纖維素膜位于正極材料和多孔隔膜之間。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是I、本發(fā)明由于在鋰硫二次電池體系中采用了纖維素膜，纖維素膜在鋰硫二次電池體系中具有有效阻止多硫化物隨電解液遷移到鋰負極的作用，抑制“飛梭現(xiàn)象”造成的副反應(yīng)，有效提聞了裡硫_■次電池的庫倫效率，延長了電池使用壽命。 2、本發(fā)明將纖維素膜應(yīng)用于鋰硫二次電池中，不僅操作簡單，而且成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖I是目前公知鋰硫二次電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是將纖維素膜用于鋰硫二次電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖I和圖2制成鋰硫二次電池循環(huán)性能比較圖；圖4是圖I和圖2制成鋰硫二次電池每周庫侖效率比較圖。圖中，I-正極集流體；2_正極材料；3_纖維素膜；4_多孔隔膜；5_負極片。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，創(chuàng)新點是將具有纖維素高分子組分的纖維素膜應(yīng)用在鋰硫二次電池中；所述纖維素膜為硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜和再生纖維素膜之一種；所述鋰硫二次電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)自下至上為正極集流體I、正極材料2、多孔隔膜4、負極片5，所述纖維素膜3位于正極材料和多孔隔膜之間。 鋰硫二次電池中正極材料為將含硫材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑按質(zhì)量比60-80 2-20:4-40在NMP溶劑中混合均勻，形成固含量為15-40%的漿料，涂覆在正極集流體上，在真空干燥箱中干燥2-16小時后壓制成正極片；正極材料中的含硫材料為單質(zhì)硫S8、多硫化鋰Li2Sn (I彡η彡8)、碳硫聚合物(C2Sx) m (2. 5彡χ彡50，且m彡2)或硫基復(fù)合材料之一種，其中硫基復(fù)合材料為單質(zhì)硫與聚丙烯腈按質(zhì)量比4-16:1混合后氮氣保護下加熱至250-400°C并保溫1-16小時制成；正極材料中的粘結(jié)劑為有機溶劑型粘結(jié)劑或水基粘結(jié)劑；正極材料中的導(dǎo)電劑為SP導(dǎo)電劑或多壁碳納米管導(dǎo)電劑；正極集流體為鋁箔、鋁網(wǎng)、包覆碳的鋁箔、包覆碳的鋁網(wǎng)、鎳網(wǎng)、泡沫鎳、不銹鋼帶、不銹鋼網(wǎng)、包覆碳的不銹鋼帶或包覆碳的不銹鋼網(wǎng)之一種；負極片為金屬鋰片，或鋰硅合金、鋰錫合金片、鋰鋁合金片之一種；多孔隔膜為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯，或聚丙烯和聚乙烯的雙層膜之一種。實施例I在圖2所示帶有纖維素膜的鋰硫二次電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)將單質(zhì)硫S8、SP導(dǎo)電劑、PVDF粘結(jié)劑按質(zhì)量比60 :30:10在NMP溶劑中混合均勻，形成固含量為30%的漿料作為正極材料，涂覆在鋁箔正極集流體上，在真空干燥箱中干燥6小時后，壓制成正極極片；將硝酸纖維素膜置于正極極片和Celgard2400多孔隔膜之間，多孔隔膜另一面放置一片作為負極的鋰硅合金，壓制成一體，作為制備帶有纖維素膜的CR2430型鋰硫二次扣式電池，制成電池后進行測試，電池充放電截止電壓為I. 5-2. 5V (vs.Li/Li+)，充電和放電比容量基于單質(zhì)硫活性材料進行計算，以100mA/g電流密度做充放電循環(huán)測試，第一次放電比容量為984mAh/g，50次循環(huán)后比容量為727. 2mAh/g。實施例2將多硫化鋰Li2S4、多壁碳納米管導(dǎo)電劑、水性膠按質(zhì)量比70 20:10在水中混合均勻，形成固含量為35%的漿料作為正極材料，其余與實施例I的制備過程相同，作為制備帶有纖維素膜的鋰硫二次扣式電池，制成電池后進行測試，以IC電流密度做充放電循環(huán)測試，第一次放電比容量為805. OmAh/g, 50次循環(huán)后比容量為629. 3mAh/g。比較例I 選取內(nèi)部結(jié)構(gòu)為圖I所示不帶有纖維素膜，其余與實施例I電池制作過程相同的電池，與實例I制備的電池進行充放電循環(huán)性能比較，如圖3所示；為進一步展示纖維素膜對多硫化物的阻隔作用，有效抑制電池的“穿梭效應(yīng)”，將比較例I與實例I制備的電池進行每周庫侖效率比較，如圖4所示。從圖3和圖4可以看出，在鋰硫二次電池中引入纖維素膜，每周庫侖效率明顯高于傳統(tǒng)鋰硫二次電池，有效抑制了電池的“穿梭效應(yīng)”，因而循環(huán)性能較為優(yōu)異。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，其特征在于將具有纖維素高分子組分的纖維素膜應(yīng)用在鋰硫二次電池中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，其特征在于所述纖維素膜為硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜和再生纖維素膜之一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，其特征在于所述鋰硫二次電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)自下至上為正極集流體、正極材料、多孔隔膜、負極片，所述纖維素膜位于正極材料和多孔隔膜之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維素膜在鋰硫二次電池中的應(yīng)用，其特點是將具有纖維素高分子組分的纖維素膜應(yīng)用在鋰硫二次電池中。本發(fā)明由于在鋰硫二次電池體系中采用了纖維素膜，纖維素膜在鋰硫二次電池體系中具有有效阻止多硫化物隨電解液遷移到鋰負極的作用，抑制“飛梭現(xiàn)象”造成的副反應(yīng)，有效提高了鋰硫二次電池的庫倫效率，延長了電池使用壽命；將纖維素膜應(yīng)用于鋰硫二次電池中，不僅操作簡單，而且成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01M2/16GK102891274SQ20121040507
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者余勁鵬, 丁飛, 劉興江 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所