一种锂硫电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池制备方法及采用该方法制备得到的锂硫电池，使用本发明专利技术的方法制备锂硫电池时，仅仅在锂硫电池阴极引入聚合物组分，而阳极电极中不会引入聚合物，且配置聚合物浆料的溶剂选自该锂硫电池电解液中组分。因此可以尽量少的引入聚合物组分含量、避免使用其他溶剂而导致溶剂残余，从而使得锂硫电池具有更好的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池及其制备方法
本专利技术属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池及其制备方法。
技术介绍
自从1991年，碳材料创造性的运用于锂离子电池领域，并带来该领域革命性的变化，即高效而安全的进行多次充放电后，其便被广泛的运用于移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上。与传统的铅酸、Ni-Cd、MH-Ni电池相比，锂离子电池具有更高的比体积能量密度、比重量能量密度、更好的环境友好性、更小的自放电以及更长的循环寿命等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。然而随着生活品味的提高，人们对移动用电器提出了更轻、更薄、更小、更持久、价格更低的新需求，相应的便对这些设备的供电器件提出了新的要求；能量密度更高、价格便宜；这其中供电器件（电池）能量密度与用户体验息息相关，备受广大消费者的关注，而现阶段提高电池能量密度的方法主要集中在开发新的正/负极材料，开发新型的正极材料对电池能量密度提升效果尤为显著。单质硫的理论比容量为1675mAh/g，远远高于目前商业使用的正极材料的理论容量，成为当前电池发展的主要趋势。但是在充放电过程中，单质硫会转化为多硫化物，而多硫化物会溶于液体有机电解液中，导致在循环过程中活性物质的损失，更为严重的是，溶解的硫化物将在负极析出形成枝晶，具有极大的刺穿隔离膜的风险，从而导致电池的安全性极差。针对锂硫电池阴极在充放电过程中形成的锂硫化物溶解问题，确有必要开发一种新的锂硫电池体系，既能解决锂硫电池锂硫化物溶解扩散问题，又不影响锂硫电池的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种新的锂硫电池制备方法及依此制备得到的锂硫电池：仅仅在锂硫电池阴极引入聚合物组分，而阳极电极中不会引入聚合物，且配置聚合物浆料的溶剂选自该锂硫电池电解液中组分。因此可以尽量少的引入聚合物组分含量、避免使用其他溶剂而导致溶剂残余，从而使得锂硫电池具有更好的性能。为了实现上述目的，本专利技术提供采用如下技术方案：一种锂硫电池的制备方法，主要包括以下几个步骤：步骤1，聚合物浆料配置：将高分子组分与溶剂b均匀混合，得到高分子组分的浆料待用，所述溶剂b为该锂硫电池电解液组分中的至少一种；步骤2，阴极电极制备：将至少含有硫单质、硫的化合物和硫的复合物中的一种的阴极活性材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合均匀制备得到浆料，之后涂敷在集流体上，经过冷压、干燥工艺后得到阴极极片；步骤3，将步骤1制得的浆料喷涂于步骤2得到的极片表面，此时，制备每个电芯的电极表面所喷涂的浆料中，溶剂的含量为mg；之后与烘干后的阳极片以及隔离膜组装得到裸电芯，经过入壳/入袋后得到待注液电芯；步骤4，电解液a的配置：设单体电芯需要的电解液为a0，需要的注液量为m0g，将锂盐、溶剂以及添加剂混合均匀得到电解液a；电解液a与电解液a0的区别在于：mg溶剂b与（m0-m）g电解液a混合，即得到m0g电解液a0；步骤5，成品锂硫电芯制备：将步骤4得到的电解液a注入步骤3得到的待注液电芯中，注液量为（m0-m）g；之后经过静置、化成、整形得到成品锂硫电池。步骤1所述高分子组分为高分子单体或/和高分子聚合物；若所述高分子组分中含有高分子单体，所述聚合物浆料还可以含有引发剂。所述高分子单体为能够形成PEO、PMMA或PAN以及此三类聚合物的衍生物或共聚物的单体；所述高分子聚合物为PMMA、PAN、PEO、PVDF及其衍生物或共聚物中的一种或多种。步骤1中所述溶剂b选自乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、1,2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丙酯、二甲氧基乙烷、二甲氧甲烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、缩二乙二醇二甲醚、缩三乙二醇二甲醚、缩四乙二醇二甲醚、1,3-二氧环戊烷、二甲基亚砜、环丁砜、4-甲基-1,3-丁内酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、亚乙烯碳酸酯、丙烷磺内酯和乙烯亚硫酸酯中的至少一种。步骤2所述阴极活性物质中的硫单质包括升华硫或/和高纯硫；硫基化合物包括有机硫化物、Li2Sn（n≥1）和碳硫聚合物(C2Sv)m中的至少一种；所述硫复合物包括硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物和硫/无机氧化物中的至少一种；所述阴极活性物质的质量占整个涂敷层的质量的2%-99%。步骤2所述电极表面所喷涂的浆料中，高分子组分的比例为整个阴极电极的膜片质量比例的0.1%-20%。步骤3所述阳极的活性物质为阳极贫锂物质和/或阳极富锂物质；所述阳极贫锂物质包括碳类材料或/和合金类材料，所述阳极富锂物质为金属锂阳极。步骤4所述电解液a0的溶剂选自乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、1,2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丙酯、二甲氧基乙烷、二甲氧甲烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、缩二乙二醇二甲醚、缩三乙二醇二甲醚、缩四乙二醇二甲醚、1,3-二氧环戊烷、二甲基亚砜、环丁砜、4-甲基-1,3-丁内酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、亚乙烯碳酸酯、丙烷磺内酯和乙烯亚硫酸酯中的一种或几种，且其必须包括步骤1所述溶剂b的组分。当阳极使用贫锂电极材料时，对应电池制备方法中的阴极和/或阳极经过补锂处理。本专利技术还提供了一种采用本专利技术的方法制备的锂硫电池。本专利技术的有益效果在于：使用本专利技术的方法制备锂硫电池时，仅仅在锂硫电池阴极引入聚合物组分，而阳极电极中不会引入聚合物，从而实现了在整个锂硫电池中，使用尽量少的聚合物达到固定锂硫化物的目的；同时，配置聚合物浆料的溶剂选自该锂硫电池电解液中组分，不会由于非电解液组分溶剂的使用而向整个锂硫电池体系中残余杂质组分，从而影响电芯性能；最后，由于配置聚合物浆料的溶剂选自该锂硫电池电解液中组分，因此布置到电极表面上后，不需要将溶剂去除，降低了工艺制造成本以及原材料使用成本。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术及其有益效果进行详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。比较例1，阴极片制备：将硫-导电碳黑（占整个阴极涂敷层重量的90%）与粘接剂及溶剂，充分搅拌后得到浆料，之后经过涂覆(单电芯涂敷总重量为2.0g)、冷压、分条、焊接、烘干后得到阴极片。电解液配置：按1,3-二氧环戊烷：乙二醇二甲醚：硝酸锂：双(三氟甲基磺酰)亚胺锂=50：50：1：30的质量比例关系称量配液，搅拌均匀后得到液态电解质E1。成品电芯制备：将制备得到的阴极片、金属锂带以及隔离膜卷绕得到裸电芯，使用铝塑膜为包装袋进行入袋封装，之后注液、静置、化成、整形、除气后，最终得到成型后的电芯。比较例2，聚合物溶液配置：按甲基丙烯酸甲酯：过氧化二碳酸二异丙酯：乙醇=20：0.5：79.5的比例，首次按称量甲基丙烯酸甲酯、乙醇搅拌均匀备用，之后在使用前1个月内加入对应比例的过氧化二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，主要包括以下几个步骤：步骤1，聚合物浆料配置：将高分子组分与溶剂b均匀混合，得到高分子组分的浆料待用，所述溶剂b为该锂硫电池电解液组分中的至少一种；步骤2，阴极电极制备：将至少含有硫单质、硫的化合物和硫的复合物中的一种的阴极活性材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合均匀制备得到浆料，之后涂敷在集流体上，经过冷压、干燥工艺后得到阴极极片；步骤3，将步骤1制得的浆料喷涂于步骤2得到的极片表面，此时，制备每个电芯的电极表面所喷涂的浆料中，溶剂的含量为m g；之后与烘干后的阳极片以及隔离膜组装得到裸电芯，经过入壳/入袋后得到待注液电芯；步骤4，电解液a的配置：设单体电芯需要的电解液为a0，需要的注液量为m0 g，将锂盐、溶剂以及添加剂混合均匀得到电解液a；电解液a与电解液a0的区别在于：m g溶剂b与（m0‑m）g电解液a混合，即得到m0 g电解液a0；步骤5，成品锂硫电芯制备：将步骤4得到的电解液a注入步骤3得到的待注液电芯中，注液量为（m0‑m）g；之后经过静置、化成、整形得到成品锂硫电池。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，主要包括以下几个步骤：步骤1，聚合物浆料配置：将高分子组分与溶剂b均匀混合，得到高分子组分的浆料待用，所述溶剂b为该锂硫电池电解液组分中的至少一种；步骤2，阴极电极制备：将至少含有硫单质、硫的化合物和硫的复合物中的一种的阴极活性材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合均匀制备得到浆料，之后涂敷在集流体上，经过冷压、干燥工艺后得到阴极极片；步骤3，将步骤1制得的浆料喷涂于步骤2得到的极片表面，此时，制备每个电芯的电极表面所喷涂的浆料中，溶剂的含量为mg；之后与烘干后的阳极片以及隔离膜组装得到裸电芯，经过入壳/入袋后得到待注液电芯；步骤4，电解液a的配置：设单体电芯需要的电解液为a0，需要的注液量为m0g，将锂盐、溶剂以及添加剂混合均匀得到电解液a；电解液a与电解液a0的区别在于：mg溶剂b与(m0-m)g电解液a混合，即得到m0g电解液a0；步骤5，成品锂硫电芯制备：将步骤4得到的电解液a注入步骤3得到的待注液电芯中，注液量为(m0-m)g；之后经过静置、化成、整形得到成品锂硫电池。2.一种权利要求1所述的锂硫电池的制备方法，其特征在于，步骤1所述高分子组分为高分子单体或/和高分子聚合物；若所述高分子组分中含有高分子单体，所述聚合物浆料还含有引发剂。3.一种权利要求1或2所述的锂硫电池的制备方法，其特征在于，所述高分子单体为能够形成PEO、PMMA或PAN以及此三类聚合物的衍生物或共聚物的单体；所述高分子聚合物为PMMA、PAN、PEO、PVDF及其衍生物或共聚物中的一种或多种。4.一种权利要求1所述的锂硫电池的制备方法，其特征在于，步骤1所述溶剂b选自乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、1,2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸乙丁酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯、碳酸甲丙酯、二甲氧基乙烷、二甲氧甲烷、二甘醇二甲醚、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、缩二乙二醇二甲醚、缩三乙二醇二甲醚、缩四乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉洁，
申请(专利权)人：广东烛光新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44