用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法技术

公开了一种用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法能够通过诱导所述锂硫二次电池的均匀反应而同时改善所述二次电池的寿命特性和充电速度。所述用于改善所述锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法包含以下步骤：在锂硫二次电池的充电过程中，对各个区间以不同的方式应用充电速度。

Methods for improving the life characteristics and charging speed of lithium sulfur secondary batteries

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法
本申请要求于2017年9月1日提交的韩国专利申请号10-2017-0111828的优先权的权益，并且所述相应的韩国专利申请的文献中所公开的全部内容都被包含而作为本说明书的一部分。本专利技术涉及锂硫二次电池，特别是涉及用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法能够通过诱导锂硫二次电池的均匀反应而同时改善所述二次电池的寿命特性和充电速度。
技术介绍
在应用领域已经扩展到电动车辆、能量储存系统等的二次电池中，锂硫二次电池作为具有获得相对高的能量储存密度等的能力的下一代二次电池技术而特别受到关注。这样的锂硫二次电池是指使用具有硫-硫键(S-S键)的硫类材料作为正极活性材料并且使用锂金属作为负极活性材料的电池。特别是，用作正极活性材料的主要材料的硫具有资源非常丰富、无毒且原子量低的优势。在锂硫二次电池中，作为负极活性材料的锂在放电时通过离子化而被氧化，同时放出电子，并且作为正极活性材料的硫类材料通过接受所放出的电子而被还原(锂的氧化反应是其中锂金属通过放出电子而被转化成锂阳离子形式的过程，并且硫的还原反应是其中S-S键通过接受两个电子而被转化成硫阴离子形式的过程)。在此，由锂的氧化反应产生的锂阳离子通过电解质转移到正极，并且通过与由硫的还原反应产生的硫阴离子键合而形成盐。更具体地，硫在放电之前具有环状S8结构，并且通过还原反应被转化成多硫化锂(LiPS)，并且当多硫化锂被完全还原时，产生硫化锂(Li2S)。
技术实现思路
【技术问题】如上所述，锂硫(Li-S)二次电池由于具有许多优势而备受关注。然而，现有的锂硫二次电池存在由于由多硫化锂(LiPS)溶出引起的活性材料损失而导致容量保持率降低的问题。此外，在具有高能量密度的锂硫二次电池中，电解液中多硫化锂(LiPS)的浓度迅速增加，并且在此，硫反应性由于电解液的迁移率降低而降低，这会导致在电池显示出不均匀反应模式的同时加速劣化的问题。与此相关，作为诱导锂硫二次电池的均匀反应的方法，已经尝试设计硫正极结构或使用氧化还原介体作为正极添加剂。然而，这具有以下缺点，即硫正极添加剂的分散工序是复杂的并且氧化还原介体的合成是困难的。作为更有效地诱导锂硫二次电池的均匀反应的方法，已经尝试调节放电速度(rate)或通过使用添加剂改变电解液组成而提高硫正极反应性，然而，到目前为止，这还没有显示出显著的效果。因此，本专利技术的一个方面提供一种用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法通过在锂硫二次电池的充电过程中逐步地以不同的方式应用充电速度而能够诱导锂硫二次电池的均匀反应，从而同时提高二次电池的寿命特性和充电速度。【技术方案】根据本专利技术的一个方面，提供一种用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法包含在锂硫二次电池的充电过程中，对各个区间以不同的方式应用充电速度。【有益效果】根据本专利技术的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，通过在锂硫二次电池的充电过程中对各个区间以不同的方式应用充电速度而诱导锂硫二次电池的均匀反应，可以同时提高二次电池的寿命特性和充电速度。附图说明图1为示出根据本专利技术的一个实施方式的锂硫二次电池的逐步充电的示意图。图2为比较根据本专利技术的一个实施方式的锂硫二次电池和根据比较例的锂硫二次电池的寿命特性的图。图3为示出根据本专利技术的一个实施方式的锂硫二次电池的充电曲线的图。图4为示出根据本专利技术的比较例的锂硫二次电池的充电曲线的图。具体实施方式下文中，将详细描述本专利技术。根据本专利技术的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法包含以下步骤：在锂硫二次电池的充电过程中，对各个区间以不同的方式应用充电速度。根据本专利技术的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法以相同的或相似的方式使用现有的材料如常规的正极、负极、电解液和隔膜而无需使用另外的材料。然而，将充电过程划分为预定的阶段，并且还包含以下步骤：在阶段之间不同地应用至少一个以上的充电速度，并且由此确认了改善电池的充电速度以及寿命特性的效果。换句话说，根据本专利技术的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法在充电过程中对各个区间应用不同的充电速度，并且可以将所述区间划分为具有不同的充电速度的2个以上阶段，优选2个至5个阶段并且更优选2个或3个阶段。如果可能的话，将具有不同充电速度的阶段的数量减小到最小是最优选的。例如，可以将所述区间划分为选自由以下构成的组中的任一种：高速/低速的2个阶段(高速→低速)、低速/高速的2个阶段(低速→高速)、低速/高速/低速的3个阶段(低速→高速→低速)和高速/低速/高速的3个阶段(高速→低速→高速)。图1为示出根据本专利技术的一个实施方式的锂硫二次电池的逐步充电的示意图，并且可以识别出：在图1中，充电过程具有3个阶段，并且对各个区间设定了不同的充电速度。在设定充电区间时，高速和低速是相对的，并且是不需要特别的数值限制的变量。例如，将高速区间中的充电速度设定为0.15C至0.25C(电流倍率、充放电倍率)并且优选地设定为约0.2C，并且将低速区间中的充电速度设定为0.05C至0.1C并且优选地设定为约0.1C，并且在一次充电过程中，需要调整一次以上充电速度的高低。另一方面，当如上所述在锂硫二次电池的充电过程中对各个区间以不同的方式应用充电速度时，在高速区间中抑制多硫化锂的扩散并且在低速区间中获得均衡反应，并且本专利技术利用这样的原理提高或改善电池的寿命特性。换句话说，本专利技术是非常有意义的，这是因为其能够在充电时获得锂硫二次电池的均匀反应，因而无需添加单独的氧化还原介体或使用添加剂改变电解液组成就能够改善电池寿命特性。当以上述方式进行充电时，与始终以高速进行充电时相比，总平均充电速度降低，因此，充满电所需的时间延长。然而，如
技术介绍
中所述，当始终以相同的速度进行充电时会由于锂硫二次电池的不均匀反应而发生诸如电池劣化的问题，或当维持低速充电时会发生诸如电池充满电所需的时间过度延长的问题。因此，本专利技术在解决上述问题的同时最大程度地改善充电速度并且提高电池寿命特性。另一方面，在本专利技术中改善充电速度是指在进行均匀反应的条件下最大程度地提高本专利技术的电池的充电速度以使得锂硫二次电池不会劣化。特别是，在本专利技术中，当将充电区间设定为具有高速/低速(高速→低速)的2个阶段时，可以基于0.2C倍率，在仅仅80分钟至280分钟、优选180分钟至240分钟内实现高速充电而达到对应于最大电池容量的70％至80％的容量，同时维持或提高寿命特性。这接近于与始终维持更高速度的常规充电系统的充电速度非常相当的水平(参见以下实施例4至实施例6和比较例2)。另一方面，用于本专利技术的锂硫二次电池的正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器上的正极活性材料层。正极集电器不受特别限制，只要它是通常使用的即可，但是可以使用选自不锈钢、镍、钛、焙烧碳和铝中的任一种或多种材料，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法包含以下步骤：在锂硫二次电池的充电过程中，对各个区间以不同的方式应用充电速度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 KR 10-2017-01118281.一种用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，所述方法包含以下步骤：在锂硫二次电池的充电过程中，对各个区间以不同的方式应用充电速度。


2.根据权利要求1所述的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，其中将所述区间划分为具有不同的充电速度的2个以上阶段。


3.根据权利要求1所述的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和充电速度的方法，其中将所述区间划分为选自由以下构成的组中的任一种：高速/低速的2个阶段、低速/高速的2个阶段、低速/高速/低速的3个阶段和高速/低速/高速的3个阶段。


4.根据权利要求3所述的用于改善锂硫二次电池的寿命特性和...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴寅台，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR