锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池，其包括：正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，其特征在于，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sx1或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sx1中x1为1至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2为1至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池
本专利技术涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种硫基聚合物锂离子电池。
技术介绍
硫作为锂离子电池正极活性材料，具有比容量高、资源丰富、成本低等优点，有望成为新一代锂离子电池的正极材料，目前已经成为锂离子电池领域的研究热点。现有的作为正极活性材料的硫通常为分散在导电剂中的硫单质颗粒，硫单质颗粒的粒径较大，通常为微米级。在锂硫电池放电的过程中，硫颗粒中位于外表面的硫首先发生反应，被还原成导电性较差的Li2S和Li2S2，该先形成的Li2S和Li2S2会以固态膜的形式逐渐覆盖到未反应的内层硫表面，最终阻碍了电解质与硫单质颗粒中内层硫的电化学反应，降低了硫单质颗粒的活性面积。为使电解质与硫单质颗粒进行充分的电化学反应，锂硫电池通常采用能溶解Li2S和Li2S2的液态电解质。然而，在该锂硫电池放电的过程中，该硫单质颗粒所进行的还原反应为多步反应，其中间产物为可溶性多硫化物，该可溶性多硫化物会溶解在所述液态电解液中，导致不可逆的硫损耗，并最终降低了该锂硫电池的电池容量。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种硫基聚合物锂离子电池，该锂离子电池中的硫颗粒能进行充分的电化学反应且由中间产物多硫化物的溶解所引起的硫损耗较小。一种锂离子电池，其包括：正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，其中，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sx1或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sx1中x1为1至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2为1至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。与现有技术相比较，所述硫化聚并吡啶中的多硫基团Sx1或单质硫粒子的粒径很小且均匀分散，每个多硫基团Sx1或单质硫粒子均直接与聚丙吡啶基体接触，使在锂离子电池放电的过程中，该较小粒径的多硫基团Sx1或单质硫粒子可充分与电解质发生电化学反应，增大了正极活性材料的活性面积，同时，在所述凝胶电解质中，游离的液体很少，从而使硫或硫电化学反应过程中的中间产物多硫化物很少能溶解在该凝胶电解质中，使硫损耗减少，并进一步增大了锂离子电池的电池容量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的锂离子电池结构示意图。图2为本专利技术实施例硫化聚并吡啶、单质硫及聚并吡啶的拉曼光谱比较图。图3为本专利技术实施例1和对比例1的锂离子电池放电循环性能测试比较图。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例的锂离子电池。请参阅图1，本专利技术提供一种锂离子电池1，该锂离子电池1包括正极2，负极3，以及电解质4。该正极2与负极3间隔设置，该电解质4设置在该正极2与负极3之间。该正极2可包括正极集流体22及正极材料层24，该正极集流体22用于担载该正极材料层24并传导电流，形状可以为箔片或网状。该正极集流体22的材料可以选自铝、钛或不锈钢。该正极材料层24设置在该正极集流体22至少一表面。该正极材料层24包括正极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与所述正极活性材料均匀混合。该负极3可包括负极集流体32及负极材料层34，该负极集流体32用于担载该负极材料层34并传导电流，形状可以为箔片或网状。该负极集流体32的材料可以选自铜、镍或不锈钢。该负极材料层34设置在该负极集流体32至少一表面。该负极材料层34包括负极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与所述负极活性材料均匀混合。该正极材料层24与该负极材料层34相对设置并与该电解质4接触。该电解质4可为凝胶电解质膜。具体地，该正极2、凝胶电解质膜及负极3层叠并接触设置，所述凝胶电解质膜设置在所述正极2和负极3之间。该凝胶电解质膜具有离子导电性，且无电子导电性，因此，该凝胶电解质膜具有隔离正极和负极的作用。该正极材料层24与该负极材料层34可以采用相同的导电剂及粘结剂。该导电剂可以为碳素材料，如碳黑、导电聚合物、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管及石墨中的一种或多种。该粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏（二）氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、氟类橡胶、三元乙丙橡胶及丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种。可以理解，上述正极集流体22、负极集流体32、导电剂及粘结剂的材料不限于所列举的种类，可以分别选用本领域的其它常规材料。另外，该锂离子电池1可进一步包括一外壳5，该正极2，负极3及电解质4容置于该外壳中。下面将具体介绍该锂离子电池1的正极活性材料、负极活性材料及电解质4。该正极活性材料至少包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶(poly(pyridinopyridine),PPY)基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为分散的多个多硫基团Sx1（x1为1至8之间的整数）或分散的多个单质硫粒子。所述多硫基团Sx1是指带电子的原子团。该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2（x2为1至7之间整数），所述硫原子簇Sx2是由硫原子结合在一起的团簇。其中，硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量优选为小于或等于41%。更优选为，该硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量为35%~40%。该多个单质硫粒子相互间隔并独立存在。每个多硫基团Sx1及单质硫粒子均直接与该PPY基体接触。该聚并吡啶基体的材料包括如下的式（1）所述的结构单元。（1）其中，n为大于1的整数。该聚并吡啶基体为使聚丙烯腈发生环化反应得到。所述多硫基团Sx1可以以掺杂结构的形式掺杂在聚并吡啶基体中。也就是说，所述多硫基团Sx1与所述聚并吡啶基体通过共价键结合。该多硫基团Sx1中x1优选为2至8中的整数，更为优选为4。当该多硫基团含有多个硫时（即x1>1）时，该多个硫一对一连接形成链状结构，例如，当x1=4时，该多硫基团为-S-S-S-S-，当x=8时，该多硫基团为-S-S-S-S-S-S-S-S-。该多硫基团Sx1优选是掺杂在该聚并吡啶基体的结构单元（1）中，具体与该结构单元中的碳相连。例如，该硫化聚并吡啶可包括一结构单元，该结构单元的结构式如下式（2）所示。该硫化聚并吡啶的分子量可以大于或等于188。（2）进一步地，该多硫基团Sx还可以与其他功能团R相连，如结构式（3）所示。（3）在式（3）中，R无特别限制，可以根据需要进行选择，如羧基、羟基或芳香基等。另外，R还可以是式（2）或式（1）的结构单元。例如，该硫化聚并吡啶可包括一如式（4）所示的结构单元，该结构单元由两个式（1）中的结构单元通过多硫基团Sx1相连。其中，n1及n2均为大于1的整数，且n1与n2可以相等或不相等。（4）在式（4）中，不同的并吡啶单元（）可以属于不同聚并吡啶结构单元（1）。另外，该两个并吡啶单元也可以属于同一聚并吡啶结构单元（1），当该两个并吡啶单元属于同一聚并吡啶结构单元（1）时，该两个并吡啶单元可以相邻或间隔。具体地，当该两个并吡啶单元相邻时，该硫化聚并吡啶可包括如式（5）所示的结构单元。（5）当该两个并吡啶单元间隔时，该硫化聚并吡啶可包括如式（6）所示的结构单元。（6）其中，Sy也为链状的多硫基团，m及y均为大于0的整数。优选地，m≦y≦6。所述单质硫粒子可与如式（1）所示的该聚并吡啶基体复合。大量该单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，其包括：正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，其特征在于，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sx1或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sx1中x1为1至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2为1至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其包括：正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，其特征在于，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sx1或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sx1中x1为1至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2为1至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质,该凝胶电解质为半固态物质，包括具有多个孔隙的网状聚合物基体、金属锂盐和有机溶剂，所述金属锂盐溶于所述有机溶剂，并且该溶解有该金属锂盐的有机溶剂填充在所述聚合物基体的孔中，所述硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量小于或等于41％。2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该多硫基团Sx1与该聚并吡啶基体通过共价键结合。3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，该硫化聚并吡啶包括一结构单元，该结构单元的结构式为：其中，n、n1及n2均为大于1的整数，m及y均为大于0的整数。4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该单质硫粒子均匀分散在该聚并吡啶基体中。5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述聚合物基体的孔隙率为40％～85％。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，何向明，李建军，高剑，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11