一種鋰硫電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰硫電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰硫電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自從1991年，碳材料創(chuàng)造性的運用于鋰離子電池領(lǐng)域，并帶來該領(lǐng)域革命性的變 化，即高效而安全的進行多次充放電后，其便被廣泛的運用于移動電話、攝像機、筆記本電 腦以及其他便攜式電器上。與傳統(tǒng)的鉛酸、Ni-Cd、MH-Ni電池相比，鋰離子電池具有更高的 比體積能量密度、比重量能量密度、更好的環(huán)境友好性、更小的自放電以及更長的循環(huán)壽命 等，是二十一世紀理想的移動電器電源、電動汽車電源以及儲電站用儲電器。
[0003] 然而隨著生活品味的提高，人們對移動用電器提出了更輕、更薄、更小、更持久、價 格更低的新需求，相應(yīng)的便對這些設(shè)備的供電器件提出了新的要求；能量密度更高、價格便 宜；這其中供電器件（電池）能量密度與用戶體驗息息相關(guān)，備受廣大消費者的關(guān)注，而現(xiàn)階 段提高電池能量密度的方法主要集中在開發(fā)新的正/負極材料，開發(fā)新型的正極材料對電 池能量密度提升效果尤為顯著。
[0004] 目前商品化的正極材料主要是層狀或尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰過渡金屬氧化物（如鈷酸 鋰、錳酸鋰）和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰等。鈷酸鋰（LiC 〇02)的理論容量相對較大（275mAh/ g)，但實際放電容量僅160mAh/g左右，且其價格高，有一定毒性，而且該正極材料在過充 時易發(fā)生放熱分解反應(yīng)，不僅使電池容量明顯下降，同時對電池安全也造成威脅。錳酸鋰 (LiMn 204)的理論容量為148mAh/g，實際容量低于130mAh/g，且其壓實密度不高，能量密度 低，穩(wěn)定性差，在充放電過程中容易引起晶格變形，導(dǎo)致循環(huán)效率偏低。磷酸鐵鋰（LiFeP0 4) 的理論容量為172mAh/g，但該正極材料壓實密度低，制備出來的電芯能量密度相應(yīng)較小。上 述常用鋰離子電池正極材料容量普遍不高，同時也均存在一些問題，不能滿足電池開發(fā)需 求。
[0005] 單質(zhì)硫的理論比容量為1675mAh/g，遠遠高于目前商業(yè)使用的正極材料的理論必 容量，成為當(dāng)前電池發(fā)展的主要趨勢。但是在充放電過程中，單質(zhì)硫會轉(zhuǎn)化為多硫化物，而 多硫化物會溶于液體有機電解液中，導(dǎo)致在循環(huán)過程中活性物質(zhì)的損失，更為嚴重的是，溶 解的硫化物將在負極析出形成枝晶，具有極大的刺穿隔離膜的風(fēng)險，從而導(dǎo)致電池的安全 性極差。雖然目前人們發(fā)現(xiàn)在全固態(tài)的電池結(jié)構(gòu)中，可以解決硫化物溶解并在負極析出問 題，但是由于高分子量聚合物的引入，往往會降低液態(tài)電解質(zhì)原本的流動性、增加鋰離子的 擴散阻力，從而使得液態(tài)電解質(zhì)原本具有的電化學(xué)性能降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種新的鋰硫電池及該鋰硫電 池的制備方法：該鋰硫電池含有聚合物電解質(zhì)，聚合物電解質(zhì)凝中含有以碳原子為中心、盡 量多的接枝丙烯酸酯基的結(jié)構(gòu)；最大限度的接枝丙烯酸酯基，可以使得聚合反應(yīng)發(fā)生后生 成的聚合物具有最多的交聯(lián)聚合點，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)"網(wǎng)線"更加致密，因此具有更佳的鎖 定溶解有硫化物的液態(tài)電解質(zhì)的能力。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋰硫電池，該技術(shù)方案如下： 一種鋰硫電池，由陰極、陽極、隔離膜、電解質(zhì)和外包裝組成，其特征在于，所述陰極由 集流體和涂敷層組成，涂敷層中所包含的陰極活性物質(zhì)至少含有單質(zhì)硫、硫基化合物和硫 復(fù)合物中的一種；所述電解質(zhì)為凝膠電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括鋰鹽、溶劑、添加劑、聚合物組分 和引發(fā)劑，所述聚合物組分包含由式（I)表示的單體聚合而成的聚合物：
【主權(quán)項】
1. 一種鋰硫電池，由陰極、陽極、隔離膜、電解質(zhì)和外包裝組成，其特征在于，所述陰極 由集流體和涂敷層組成，涂敷層中所包含的陰極活性物質(zhì)至少含有單質(zhì)硫、硫基化合物和 硫復(fù)合物中的一種；所述電解質(zhì)為凝膠電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括鋰鹽、溶劑、添加劑、聚合物組 分和引發(fā)劑，所述聚合物組分包含由式（I)表示的單體聚合而成的聚合物：
式（I)。
2. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述陰極活性物質(zhì)中的單質(zhì)硫為升 華硫和/或1?純硫；硫基化合物為有機硫化物、Li2Sn (n > 1)和碳硫聚合物（C2Sv)m中的 至少一種；所述硫復(fù)合物為硫/碳復(fù)合物、硫/導(dǎo)電聚合物復(fù)合物和硫/無機氧化物中的至 少一種。
3. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述陰極活性物質(zhì)占整個涂敷層的 質(zhì)量百分比為2%-99%。
4. 一種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于：式（I)中Rl為直鏈烷基鏈、含有側(cè)基 的烷基鏈或含有苯環(huán)的鏈段。
5. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于：式（I)中R2為丙烯酸基或含有α-側(cè) 基的丙稀酸醋基。
6. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于：所述式（I)表示的單體選自季壬四 醇四丙烯酸酯、季壬四醇四（α-甲基）丙烯酸酯、季壬四醇四（α-乙基）丙烯酸酯、季戊 四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四（α-甲基）丙烯酸酯和季戊四醇四（α-乙基）丙烯酸酯中 至少一種。
7. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于：由式（I)表示的單體聚合而成的聚 合物占整個聚合物組分的比例為1〇%_1〇〇%。
8. -種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于：所述聚合物組分占所述凝膠電解質(zhì) 的質(zhì)量分數(shù)為〇. 2%_30%。
9. 一種權(quán)利要求1所述的鋰硫電池，其特征在于，所述陽極為金屬鋰或貧鋰物質(zhì)，所 述貧鋰物質(zhì)為碳類材料、合金類材料、金屬氧化物系列、金屬氮化物和碳化合物中的至少一 種。
10. 含有權(quán)利要求1至9中任一項所述的電解質(zhì)的鋰硫電池的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟： 步驟1，待注液電芯制備：將至少含有硫單質(zhì)、硫的化合物和硫的復(fù)合物中的至少一種 的陰極活性材料、導(dǎo)電劑、粘接劑以及溶劑混合均勻制備得到漿料，之后涂敷在集流體上， 冷壓后得到陰極片； 將陽極活性材料、導(dǎo)電劑、粘接劑以及溶劑混合均勻制備得到漿料，之后涂敷在集流體 上，冷壓后得到陽極片；或者所述陽極片選擇金屬鋰片； 將得到的陰極片、陽極片和隔離膜組裝得到裸電芯，之后入袋/入殼后烘干制得待注 液電芯； 步驟2,凝膠電解質(zhì)配置：將鋰鹽、溶劑、添加劑、聚合物組分和引發(fā)劑攪拌均勻，制備 得到凝膠電解液； 步驟3,將步驟2制備得到的凝膠電解質(zhì)注入步驟1制備得到的待注液電芯中，待電解 液充分浸潤后，進行化成、整形、除氣后得到成品鋰硫電池。
【專利摘要】本發(fā)明屬于鋰硫電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰硫電池及其制備方法，該鋰硫電池由陰極、陽極、隔離膜、電解質(zhì)和外包裝組成，陰極由集流體和涂敷層組成，涂敷層中活性物質(zhì)至少含有單質(zhì)硫、硫基化合物或硫復(fù)合物中的一種；電解質(zhì)為凝膠電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括鋰鹽、溶劑、添加劑、聚合物組分和引發(fā)劑，聚合物組分包括以碳原子為中心，最大限度接枝丙烯酸酯基的高分子單體或高分子聚合物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明聚合物制備的鋰硫電池具有更好的電化學(xué)性能（容量及循環(huán)性能）以及更高的安全性能（自放電速度更慢）。
【IPC分類】H01M10-058, H01M10-0565
【公開號】CN104681866
【申請?zhí)枴緾N201510088427
【發(fā)明人】楊玉潔
【申請人】廣東燭光新能源科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月26日