一种锂硫全电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂硫全电池，包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。本发明专利技术抑制负极上锂枝晶的生长和避免硫基正极的劣化引起穿梭效应，使得锂硫电池具有出色的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫全电池及其制备方法
本专利技术涉及锂硫电池
，尤其涉及一种锂硫全电池及其制备方法。
技术介绍
锂硫电池(Li-S)由于其高能量密度、低成本、及对环境友好无污染，使它们在电动汽车和能量存储领域备受关注。然而，Li-S电池存在严重的穿梭效应和形成枝晶等问题，将导致其寿命有限，库仑效率低，存在安全潜在风险。目前通过开发新型的硫基材料、隔膜和电解液来解决这些问题上已经付出很多的努力。但这些对锂硫电池技术都只有很小的作用。因此，Li-S电池的循环寿命和库仑效率仍然较差，特别是在高倍率下，仍远远落后于锂离子电池(LIBS)的技术发展水平。众所周知，固体电解质界面(SEI)是由于电解液和溶质的分解而形成，作为钝化层在电池的寿命上起着重要的作用。一个高质量的SEI膜能有效保护电极，而劣质的SEI膜会逐渐破坏电极的性能。在以往的研究中，虽然发现单侧的SEI(无论是在硫基正电极或锂负电极)可以提高锂硫电池的性能，但枝晶生长和穿梭效应等有关问题仍不能同时解决。因此现有的锂硫电池生产技术还有待改进。
技术实现思路
为解决现有的锂硫电池存在严重穿梭效应和形成锂枝晶等问题。本专利技术提供了一种锂硫全电池及其制备方法。所述锂硫全电池包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。本专利技术提供的锂硫全电池采用如下技术方案获得：制备硫基正电极；制备电解液，所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；制备石墨负电极；锂化石墨负电极；组装锂硫全电池。进一步的，制备硫基正电极包含步骤：将硫基复合材料：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为7:1.5:1.5进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到硫基正电极；进一步的，所述硫基复合材料通过热聚丙烯腈(PAN)和硫粉来合成：步骤为将约2.5g的聚丙烯腈(PAN)与7.5g的升华硫均匀混合。接着将混合物放到氮气气氛下以5℃/min的升温速率进行升温至450℃，并恒温保持6h后得到的黑色产物即为硫基复合材料；进一步的，所述制备电解液包含步骤：制备1M双三氟甲基磺酸亚胺锂(LiTFSI)溶于体积比为0-10:1：1的碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC)：1,2-二甲氧基乙烷(DME)：1,3-二氧环戊环(DOL)；接着再制备1M六氟磷酸锂(LiPF6)溶于体积比为1-10：1：1的碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)；最后将1MLiTFSI和1MLiPF6按体积比为3：7进行均匀混合；进一步的，所述制备石墨负电极包含步骤：将石墨粉末：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为8:1:1进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到石墨负电极。进一步的，所述锂化石墨负电极包含步骤：在组装全电池之前，将石墨负极与Li箔直接接触至少1h以确保石墨负极被锂化。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过新型电解液的制备使得锂硫电池在充放电过程中在正负极表面均匀形成均匀的高质量SEI膜。双侧SEI膜同时抑制负极上锂枝晶的生长和避免硫基正极的劣化引起穿梭效应，使得锂硫电池具有出色的电化学性能。本专利技术提供的锂硫全电池由于双侧SEI膜对电极的保护，表现出高的硫利用率，优异的倍率性能、优异的库仑效率(～100％)和超快速充电/缓慢放电的特性(电流可以在15C下充电100S，在0.15C下放电3.5H)。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术提供的锂硫全电池的制备过程示意图；图2为本专利技术提供的锂硫全电池和对比例传统锂硫全电池在充放电循环过程中正负极表面的变化情况对比图；图3为本专利技术提供的锂硫电池(NE-I)与对比例1(TE-I)和对比例2(TE-II)的锂硫电池经过150次循环后电极的SEM照片对比图；图4为本专利技术提供的锂硫电池(NE-I)、(NE-II)、(NE-III)与对比例1(TE-I)和对比例2(TE-II)的锂硫电池的电化学性能曲线图；a)为在1.5C电流密度下第二次循环的充放电曲线图；b)为循环稳定性能；c)为倍率性能；图5为本专利技术提供的锂硫电池在1C(循环1000次)和7.5C(循环2400次)电流密度下的长期循环稳定性能；图6为本专利技术提供的锂硫电池的快速充电和缓慢放电性能图；a)为15C充电电流和0.15C放电电流下的典型充电-放电曲线图，插图为充放电循环；b为实施例1-3(NE-I、NE-II、NE-III)和对比例1-2(TE-I和TE-II)在充电电流15C，放电电流0.15C的循环性能；c)为电池完全充电后为两个LED供电图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种锂硫全电池及其制备方法，其中锂硫全电池包括你电极、电解液、负电极；正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；负电极为石墨锂化材料；锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。如图1所示，本专利技术采用如下技术方案获得：S101，制备硫基正电极；将硫基复合材料：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为7:1.5:1.5进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到硫基正电极；其中，硫基复合材料通过热聚丙烯腈(PAN)和硫粉来合成，简称为SPAN。步骤为将约2.5g的聚丙烯腈(PAN)与7.5g的升华硫均匀混合。接着将混合物放到氮气气氛下以5℃/min的升温速率进行升温至450℃，并恒温保持6h后得到的黑色产物即为硫基复合材料；S102，制备电解液；首先制备1M双三氟甲基磺酸亚胺锂(LiTFSI)溶于体积比为0-10:1：1的碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC)：1,2-二甲氧基乙烷(DME)：1,3-二氧环戊环(DOL)；接着再制备1M六氟磷酸锂(LiPF6)溶于体积比为1-10：1：1的碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)；最后将1MLiTFSI和1MLiPF6按体积比为3：7进行均匀混合；S103，制备石墨负电极；将石墨粉末：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为8:1:1进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到石墨负电极。S104，锂化石墨负电极；在组装全电池之前，将石墨负极与Li箔直接接触至少1h以确保石墨负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫全电池，其特征在于：包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫全电池，其特征在于：包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。2.一种制备锂锍全电池的方法，其特征在于：包括如下步骤，制备硫基正电极；制备电解液，所述电解液为LiTFSI和LiPF6按3：7比例混合而成的电解液；制备石墨负电极；锂化石墨负电极；组装锂硫全电池。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：制备硫基正电极包含步骤：将硫基复合材料：炭黑：羧甲基纤维素按质量比为7:1.5:1.5进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到硫基正电极。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述硫基复合材料通过热聚丙烯腈(PAN)和硫粉来合成：步骤为将约2.5g的聚丙烯腈(PAN)与7.5g的升华硫均匀混合。接着将混合物放到氮气气氛下以5℃/min的升温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志，
申请(专利权)人：福建新峰二维材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35