鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋰離子電池，其包括：正極，該正極包括正極活性材料；負極，該負極與該正極間隔設置；以及電解質，該電解質設置在該正極與負極之間，其特征在于，該正極活性材料包括硫化聚并吡啶，該硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基體及分散在該聚并吡啶基體中的硫，所述硫為多硫基團Sx1或分散的單質硫粒子，該多硫基團Sx1中x1為1至8之間的整數(shù)，該每個單質硫粒子為一個硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2為1至7之間整數(shù)，所述電解質為凝膠電解質。
【專利說明】鋰離子電池
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，尤其涉及一種硫基聚合物鋰離子電池。
【背景技術】
[0002]硫作為鋰離子電池正極活性材料，具有比容量高、資源豐富、成本低等優(yōu)點，有望成為新一代鋰離子電池的正極材料，目前已經(jīng)成為鋰離子電池領域的研究熱點。
[0003]現(xiàn)有的作為正極活性材料的硫通常為分散在導電劑中的硫單質顆粒，硫單質顆粒的粒徑較大，通常為微米級。在鋰硫電池放電的過程中，硫顆粒中位于外表面的硫首先發(fā)生反應，被還原成導電性較差的Li2S和Li2S2，該先形成的Li2S和Li2S2會以固態(tài)膜的形式逐漸覆蓋到未反應的內層硫表面，最終阻礙了電解質與硫單質顆粒中內層硫的電化學反應，降低了硫單質顆粒的活性面積。[0004]為使電解質與硫單質顆粒進行充分的電化學反應，鋰硫電池通常采用能溶解Li2S和Li2S2的液態(tài)電解質。然而，在該鋰硫電池放電的過程中，該硫單質顆粒所進行的還原反應為多步反應，其中間產(chǎn)物為可溶性多硫化物，該可溶性多硫化物會溶解在所述液態(tài)電解液中，導致不可逆的硫損耗，并最終降低了該鋰硫電池的電池容量。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種硫基聚合物鋰離子電池，該鋰離子電池中的硫顆粒能進行充分的電化學反應且由中間產(chǎn)物多硫化物的溶解所引起的硫損耗較小。
[0006]一種鋰離子電池，其包括:正極，該正極包括正極活性材料；負極，該負極與該正極間隔設置；以及電解質，該電解質設置在該正極與負極之間，
其中，該正極活性材料包括硫化聚并吡啶，該硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基體及分散在該聚并吡啶基體中的硫，所述硫為多硫基團Sxl或分散的單質硫粒子，該多硫基團Sxl中Xl為I至8之間的整數(shù)，該每個單質硫粒子為一個硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中X2為I至7之間整數(shù)，所述電解質為凝膠電解質。
[0007]與現(xiàn)有技術相比較，所述硫化聚并吡啶中的多硫基團Sxl或單質硫粒子的粒徑很小且均勻分散，每個多硫基團Sxl或單質硫粒子均直接與聚丙吡啶基體接觸，使在鋰離子電池放電的過程中，該較小粒徑的多硫基團Sxl或單質硫粒子可充分與電解質發(fā)生電化學反應，增大了正極活性材料的活性面積，同時，在所述凝膠電解質中，游離的液體很少，從而使硫或硫電化學反應過程中的中間產(chǎn)物多硫化物很少能溶解在該凝膠電解質中，使硫損耗減少，并進一步增大了鋰離子電池的電池容量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明實施例提供的鋰離子電池結構示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實施例硫化聚并吡啶、單質硫及聚并吡啶的拉曼光譜比較圖。
[0010]圖3為本發(fā)明實施例1和對比例I的鋰離子電池放電循環(huán)性能測試比較圖?！揪唧w實施方式】
[0011]以下將結合附圖詳細說明本發(fā)明實施例的鋰離子電池。
[0012]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種鋰離子電池1，該鋰離子電池I包括正極2，負極3，以及電解質4。該正極2與負極3間隔設置，該電解質4設置在該正極2與負極3之間。
[0013]該正極2可包括正極集流體22及正極材料層24，該正極集流體22用于擔載該正極材料層24并傳導電流，形狀可以為箔片或網(wǎng)狀。該正極集流體22的材料可以選自鋁、鈦或不銹鋼。該正極材料層24設置在該正極集流體22至少一表面。該正極材料層24包括正極活性材料，進一步可選擇的包括導電劑以及粘結劑。導電劑以及粘結劑可以與所述正極活性材料均勻混合。
[0014]該負極3可包括負極集流體32及負極材料層34，該負極集流體32用于擔載該負極材料層34并傳導電流，形狀可以為箔片或網(wǎng)狀。該負極集流體32的材料可以選自銅、鎳或不銹鋼。該負極材料層34設置在該負極集流體32至少一表面。該負極材料層34包括負極活性材料，進一步可選擇的包括導電劑以及粘結劑。導電劑以及粘結劑可以與所述負極活性材料均勻混合。
[0015]該正極材料層24與該負極材料層34相對設置并與該電解質4接觸。該電解質4可為凝膠電解質膜。具體地，該正極2、凝膠電解質膜及負極3層疊并接觸設置，所述凝膠電解質膜設置在所述正極2和負極3之間。該凝膠電解質膜具有離子導電性，且無電子導電性，因此，該凝膠電解質膜具有隔離正極和負極的作用。
[0016]該正極材料層24與該負極材料層34可以采用相同的導電劑及粘結劑。該導電劑可以為碳素材料，如碳黑 、導電聚合物、乙炔黑、碳纖維、碳納米管及石墨中的一種或多種。該粘結劑可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏(二)氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、氟類橡膠、三元乙丙橡膠及丁苯橡膠(SBR)中的一種或多種。
[0017]可以理解，上述正極集流體22、負極集流體32、導電劑及粘結劑的材料不限于所列舉的種類，可以分別選用本領域的其它常規(guī)材料。
[0018]另外，該鋰離子電池I可進一步包括一外殼5，該正極2，負極3及電解質4容置于該外殼中。
[0019]下面將具體介紹該鋰離子電池I的正極活性材料、負極活性材料及電解質4。
[0020]該正極活性材料至少包括硫化聚并吡啶，該硫化聚并吡啶包括聚并吡啶(poly (pyridinopyridine), PPY)基體及分散在該聚并吡唳基體中的硫，所述硫為分散的多個多硫基團Sxl (Xl為I至8之間的整數(shù))或分散的多個單質硫粒子。所述多硫基團Sxl是指帶電子的原子團。該每個單質硫粒子為一個硫分子S8或硫原子簇Sx2 (x2為I至7之間整數(shù))，所述硫原子簇Sx2是由硫原子結合在一起的團簇。其中，硫在該硫化聚并吡啶中的質量百分含量優(yōu)選為小于或等于41%。更優(yōu)選為，該硫在該硫化聚并吡啶中的質量百分含量為35%~40%。該多個單質硫粒子相互間隔并獨立存在。每個多硫基團Sxl及單質硫粒子均直接與該PPY基體接觸。
[0021]該聚并吡啶基體的材料包括如下的式(I)所述的結構單元。[0022]
【權利要求】
1.一種鋰離子電池，其包括: 正極，該正極包括正極活性材料； 負極，該負極與該正極間隔設置；以及 電解質，該電解質設置在該正極與負極之間， 其特征在于，該正極活性材料包括硫化聚并吡啶，該硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基體及分散在該聚并吡啶基體中的硫，所述硫為多硫基團Sxl或分散的單質硫粒子，該多硫基團Sxl中Xl為I至8之間的整數(shù)，該每個單質硫粒子為一個硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中X2為I至7之間整數(shù)，所述電解質為凝膠電解質。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該多硫基團Sxl與該聚并吡啶基體通過共價鍵結合。
3.如權利要求2所述的鋰離子電池，其特征在于，該硫化聚并吡啶包括一結構單元，該結構單元的結構式為:

4.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該單質硫粒子均勻分散在該聚并吡啶基體中。
5.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述硫在該硫化聚并吡啶中的質量百分含量小于或等于41%。
6.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，該凝膠電解質包括具有多個孔隙的網(wǎng)狀聚合物基體、金屬鋰鹽和有機溶劑，所述金屬鋰鹽溶于所述有機溶劑，并且該溶解有該金屬鋰鹽的有機溶劑填充在所述聚合物基體的孔中。
7.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述聚合物基體的孔隙率為40%~85%。
8.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述聚合物基體的孔徑為0.5微米~10微米。
9.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述聚合物基體的材料為聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈-丙烯酸丁酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈-甲氧基聚乙二醇(350 )單丙烯酸酯-丙烯酸鋰共聚物。
10.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述金屬鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰或二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰。
11.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，所述有機溶劑為乙基纖維素，碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、二甲基甲酰胺或三甘醇二甲醚。
12.如權利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于，該凝膠電解質進一步包括一無機填料均勻分散于所述聚合物基體中。
13.如權利要求12所述的鋰 離子電池，其特征在于，該無機填料為Al2O3納米粒子或SiO2納米粒子。
14.如權利要求1所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負極包括負極活性材料，該負極活性材料為金屬鋰、嵌鋰的碳材料或鋰合金。
15.如權利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述嵌鋰的碳材料為嵌鋰結晶碳或無定形碳。
16.如權利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述鋰合金為鋰鋁合金或鋰錫合金。
【文檔編號】H01M10/0565GK103904329SQ201210577625
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】王莉, 何向明, 李建軍, 高劍 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司