一种锂硫电池用固态阴极添加剂及含有该添加剂的硫阴极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池用固态阴极添加剂及含有该添加剂的硫阴极的制备方法，本发明专利技术通过将由碘或含碘元素的卤素互化物组成的固态阴极添加剂在硫复合材料的制备过程中或硫阴极电极制备过程中加入，从而获得含碘类固态阴极添加剂的锂硫电池阴极。由于碘或者含碘元素的卤素互化物具有氧化性，因此所制备的硫阴极在锂硫电池注液过程及首圈充放电过程中，固态阴极添加剂可同电解液原位发生化学及电化学反应，在锂硫电池的硫阴极及锂阳极形成固态电解质膜，从而有效抑制锂硫电池充放电产生的中间产物多硫离子的穿梭效应，增强锂硫电池的循环稳定性，并提高硫阴极的容量发挥，即使在电解液中无锂盐添加的情况下仍有容量发挥。

A solid-state cathode additive for lithium sulfur batteries and a preparation method of sulfur cathode containing the additive

The sulfur cathode preparation method of the invention discloses a lithium sulfur battery with a solid cathode additive and containing the additive, the solid cathode additives by iodine or iodine element interhalogencompounds composition in sulfur composite material preparation process or sulfur cathode electrode in the process of preparing to join. For lithium sulfur battery cathode type solid state cathode additives containing iodine. Due to iodine or iodine containing interhalogencompounds with oxidation, so the sulfur cathode preparation in the filling process of lithium sulfur batteries and the first ring in the process of charging and discharging solid cathode additives can undergo chemical and electrochemical reaction with the electrolyte in situ, the formation of solid electrolyte membrane in sulfur cathode and lithium anode of lithium sulfur battery. The shuttle effect intermediate so as to effectively suppress the charge and discharge of lithium sulfur batteries have more sulfur ions, enhance the cycle stability of lithium sulfur batteries, and improve the sulfur capacity of the cathode in the electrolyte play, even without adding LiF3 case still has the capacity to play.

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池用固态阴极添加剂及含有该添加剂的硫阴极的制备方法
本专利技术属于锂硫电池领域，具体涉及一种可提高锂硫电池容量发挥和循环寿命的锂硫电池用固态阴极添加剂及含有该添加剂的硫阴极的制备方法。
技术介绍
近年来随着科学技术的发展，人们对储能器件能量密度的要求逐步提高，目前锂离子电池的能量密度发展已经基本达到其材料的理论极限，一般低于300Wh/kg，进一步提升的空间有限。为了适应社会需求，新型高能量密度储能体系和储能材料的开发势在必行。锂硫电池体系的正极材料为硫材料，理论比容量为1675mAh/g，负极材料为金属锂，理论比容量为3800mAh/g，两者组合构成的锂硫电池体系的理论比能量可达2600Wh/kg，是目前锂离子电池的5～8倍，硫材料是一种常见的工业废料，具有无毒、储量大、价格低、环境友好等优点，因此锂硫电池体系有望成为新一代的储能体系。然而锂硫电池体系目前也存在一些技术问题使其难以商业化，单质硫极低的电子电导率阻碍了其容量的发挥和倍率性能的提升，其充放电中间产物多硫化锂在常规电解液中具有很高的溶解性，会在电池正负极之间反复扩散迁移产生“穿梭”效应，这种“穿梭”效应会导致锂硫电池库伦效率降低，容量快速衰减以及锂负极表面的腐蚀。为了抑制这种“穿梭”效应，人们做了很多的研究工作，多数集中在电解液添加剂方面。Aurbach等(JournalofElectrochemicalSociety,2009,DOI:10.1149/1.3148721)提出在电解液中使用硝酸锂能够在锂阳极上原位形成保护膜，有效抑制多硫化锂的穿梭反应，提高电池库伦效率，但该保护膜会在锂的反复沉积溶解过程中逐渐消耗，稳定性较差。ZhanLin等(Adv.Funct.Mater.2012.DO1:10.1002/adfm.201200696)提出使用P2S5作为电解液添加剂可在锂阳极表面形成高离子电导率的Li2PS4保护层，并且可以同不溶的Li2S和Li2S2反应形成溶解态的化合物，对电池的循环稳定性有一定的提升作用；但是五硫化磷对多硫化物的溶解也可能增加电池的“飞梭”效应。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种锂硫电池用固态阴极添加剂及含有该添加剂的硫阴极的制备方法，本专利技术通过将由碘或含碘元素的卤素互化物组成的固态阴极添加剂在硫复合材料的制备过程中或硫阴极电极制备过程中加入，从而获得含碘类固态阴极添加剂的锂硫电池阴极，利用碘或含碘元素的卤素互化物的氧化性，有效的抑制了锂硫电池充放电产生的中间产物多硫离子的穿梭效应，增强锂硫电池的循环稳定性，并提高硫阴极的容量发挥。本专利技术所采用的技术方案为：一种锂硫电池用固态阴极添加剂，所述固态阴极添加剂由碘单质和/或含碘元素的卤素互化物组成。一种硫阴极的制备方法，采用以下两种方法中的任意一种方法制备所述硫阴极：方法一包括以下步骤：S1：取硫单质60～95重量份，碳材料5～40重量份、固态阴极添加剂2～10重量份混合制备硫复合材料；S2：将步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极；方法二包括以下步骤：P1：取硫单质60～95重量份和碳材料5～40重量份混合制备硫复合材料；P2：取步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份、固态阴极添加剂2～10重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极。进一步地，所述步骤S1和P1中的碳材料为活性炭、碳纳米管和石墨烯中的一种或者多种混合。进一步地，所述步骤S1和P1中的硫复合材料通过热熔工艺制成，所述热熔工艺为在密闭容器中，温度在60℃～300℃的条件下进行。进一步地，所述步骤S1和P1中的硫复合材料通过溶解复合工艺制成，所述溶解复合工艺选用的有机溶剂为非极性溶剂，所述有机溶剂中硫和碘的溶解度大于10。进一步地，所述溶解复合工艺中选用的有机溶剂为二硫化碳、四氢呋喃或四氯化碳。进一步地，所述步骤S2和P2中的粘接剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯、聚丙烯腈和聚乙烯腈中的任意一种或多种混合。进一步地，所述制浆溶剂为极性溶剂，制浆溶剂中的碘和含碘元素的卤素互化物的溶解度大于2。进一步地，所述制浆溶剂为水、乙醇、乙腈、甲醇、异丙醇和氮甲基吡咯烷酮的任意一种。进一步地，所述热熔工艺在150℃～200℃的温度下进行。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将由碘或含碘元素的卤素互化物组成的固态阴极添加剂在硫复合材料的制备过程中或硫阴极电极制备过程中加入，从而获得含碘类固态阴极添加剂的锂硫电池阴极。由于碘或者含碘元素的卤素互化物具有氧化性，因此所制备的硫阴极在锂硫电池注液过程及首圈充放电过程中，固态阴极添加剂可同电解液原位发生化学及电化学反应，在锂硫电池的硫阴极及锂阳极形成固态电解质膜，从而有效抑制锂硫电池充放电产生的中间产物多硫离子的穿梭效应，增强锂硫电池的循环稳定性，并提高硫阴极的容量发挥，即使在电解液中无锂盐添加的情况下仍有容量发挥。附图说明图1是对比例1的电池的循环和效率曲线；图2是对比例2的电池的循环和效率曲线；图3是本专利技术的实施例1的电池的循环和效率曲线；图4是本专利技术的实施例2的电池的循环和效率曲线；图5是本专利技术的实施例3的电池的循环和效率曲线；所有附图中，上方的曲线代表库伦效率曲线，下方的曲线代表循环容量曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种锂硫电池用固态阴极添加剂，所述固态阴极添加剂由碘单质和/或含碘元素的卤素互化物组成。一种硫阴极的制备方法，采用以下两种方法中的任意一种方法制备所述硫阴极：方法一包括以下步骤：S1：取硫单质60～95重量份，碳材料5～40重量份、固态阴极添加剂2～10重量份混合制备硫复合材料；S2：将步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极；方法二包括以下步骤：P1：取硫单质60～95重量份和碳材料5～40重量份混合制备硫复合材料；P2：取步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份、固态阴极添加剂2～10重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极。步骤S2和P2中电极浆料涂覆在铝集流体或镍集流体上采用涂布工艺等现有技术实现。所述步骤S1和P1中的碳材料为活性炭、碳纳米管和石墨烯中的一种或者多种混合。所述步骤S1和P1中的硫复合材料通过热熔工艺制成，所述热熔工艺为在密闭容器中，温度在60℃～300℃的条件下进行。所述步骤S1和P1中的硫复合材料通过溶解复合工艺制成，所述溶解复合工艺选用的有机溶剂为非极性溶剂，所述有机溶剂中硫和碘的溶解度大于10。所述溶解复合工艺中选用的有机溶剂为二硫化碳、四氢呋喃或四氯化碳。所述步骤S2和P2中的粘接剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯、聚丙烯腈和聚乙烯腈中的任意一种或多种混合。所述制浆溶剂为极性溶剂，制浆溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池用固态阴极添加剂，其特征在于：所述固态阴极添加剂由碘单质和/或含碘元素的卤素互化物组成。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池用固态阴极添加剂，其特征在于：所述固态阴极添加剂由碘单质和/或含碘元素的卤素互化物组成。2.一种含有权利要求1所述的固态阴极添加剂的硫阴极的制备方法，其特征在于：采用以下两种方法中的任意一种方法制备所述硫阴极：方法一包括以下步骤：S1：取硫单质60～95重量份，碳材料5～40重量份、固态阴极添加剂2～10重量份混合制备硫复合材料；S2：取步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极；方法二包括以下步骤：P1：取硫单质60～95重量份和碳材料5～40重量份混合制备硫复合材料；P2：取步骤S1中的硫复合材料80～98重量份、粘接剂2～20重量份、固态阴极添加剂2～10重量份和制浆溶剂200～400重量份混合制成电极浆料；将所述电极浆料涂敷在铝集流体或镍集流体上并烘干，得到含有固态阴极添加剂的硫阴极。3.根据权利要求2所述的一种硫阴极的制备方法，其特征在于：所述步骤S1和P1中的碳材料为活性炭、碳纳米管和石墨烯中的一种或者多种混合。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏志凯，闫新秀，黄美灵，张焕，叶长英，
申请(专利权)人：四川华昆能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51