一种锂硫电池负极极片、锂硫电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂硫电池负极极片、锂硫电池及其制备方法，所述负极极片包括集流体设置于所述集流体表面的负极浆料，所述负极浆料包括银粉以及碳材料。所述锂硫电池负极极片的制备方法包括：将所述负极浆料涂覆于集流体表面辊压得到。以所述负极极片制备得到的所述锂硫电池具有优异的循环性能，质量轻，比能量高。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池负极极片、锂硫电池及其制备方法
本专利技术属于锂硫电池领域，涉及一种锂硫电池负极极片、锂硫电池及其制备方法。
技术介绍
无人机产业在近年呈现迅猛势头，锂硫电池因具有高能量密度的优势，亟需进一步提高循环性、安全性和可生产性从而满足无人机对电池续航能力日益提高的需求。锂硫电池具有理论能量密度高、原料丰富易得、价格低廉的优点，可广泛应用于航空航天及新能源汽车等领域，是下一代高比能电池的主要发展方向之一。目前，应用于无人机的锂硫电池可提高约1倍的续航能力，但仍存在循环性能低、安全性差以及亟待攻克关键工程工艺技术等问题。锂硫电池的循环性能在很大程度上受限于金属锂负极。金属锂在剥离-沉积过程中易产生锂枝晶，刺破隔膜导致短路。同时锂的粉化导致电池容量急剧衰减。针对锂负极问题，已有大量研究可在实验室水平取得良好的效果。其策略，包括：调控电解质组分，原位生成负极SEI膜作为保护层；人工涂覆无机物/聚合物保护层；以及锂合金技术等手段。但各方法复制到实体电芯中，仍无法切实地解决锂负极的循环问题。而从根源上解决金属锂问题的方法，便是将锂金属替换成非锂负极。CN108321438A使用石墨负极，通过滴加金属锂粉末预锂化，实现全石墨锂硫电池的组建。CN110444734A则将硅基负极应用到锂硫电池中，通过在正极加入氮化锂作为锂源，来实现无锂负极锂硫电池的组装。尽管这些做法都能有效提高电池的循环，但是，由于石墨与硅氧、硅碳的比容量均不高，为了保证合理的电池设计，负极需引入较大量石墨或硅材料，大大增加了电池的质量，拉低了电池质量比能量水平。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种锂硫电池负极极片、锂硫电池及其制备方法，所述锂硫电池具有优异的循环性能，质量轻，比能量高。为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术目的之一在于提供一种锂硫电池负极极片，所述负极极片包括集流体设置于所述集流体表面的负极浆料，所述负极浆料包括银粉以及碳材料。本专利技术中，采用银/碳混合材料作为负极，借助银对金属锂的亲和性，诱导锂的均匀沉积，缓解枝晶问题，提高电池循环性能。同时该银/碳混合材料层厚度很薄，可大大降低电池质量，保证电池质量比能量在较高水平。作为本专利技术优选的技术方案，所述负极浆料的组成还包括粘结剂以及溶剂。优选地，所述银粉、碳材料以及粘结剂的质量比为(10～30):(60～87):(3～10)，如11:86:3、12:84:4、15:814:、18:77:5、20:74:6、22:71:7、25:66:9或28:62:10等，并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述碳材料包括炭黑、乙炔黑或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯。优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或环己酮中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮的组合、N-甲基吡咯烷酮和环己酮的组合、环己酮和N,N-二甲基甲酰胺的组合或N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和环己酮的组合等。本专利技术目的之二在于提供一种上述锂硫电池负极极片的制备方法，所述制备方法包括：将所述负极浆料涂覆于集流体表面辊压得到。优选地，所述负极浆料涂覆的厚度为0.1～50μm，如0.1μm、2μm、5μm、8μm、10μm、22μm、35μm或48μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，将负极浆料涂覆于集流体后，还需进行辊压以及烘干，所述烘干的温度为80～200℃。本专利技术目的之三在于提供一种锂硫电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将至少一片正极极片与至少一片权利要求4所述负极极片依次层叠，相邻的所述正极极片与所述负极极片之间设置有隔膜，与电解液共同封装成软包电池，并预留气袋；(2)将步骤(1)得到的软包电池静置；(3)静置后对所述软包电池进行充电，使氮化锂中的Li+充分嵌入到所述负极极片中；(4)对所述软包电池进行抽气封口并切除气袋。本专利技术中，电解液可以为醚类溶剂体系，也可为酯类溶剂体系。所述的气袋，可置于电芯的正极侧，也可置于负极侧。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述正极极片的制备方法包括：将浆料涂覆于集流体上，进行烘干和辊压得到正极极片。优选地，所述正极浆料包括氮化锂、导电剂、粘结剂、正极材料以及溶剂。优选地，所述氮化锂、导电剂、粘结剂以及正极材料的质量比为(30～50):(3～10):(2～10):(30～65)，如32:4:3:60、35:5:4:56、40:6:5:49、45:8:7:40或48:9:8:35等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，在所述正极极片表面涂覆氮化锂浆料，得到具有氮化锂涂层的正极极片。优选地，所述氮化锂浆料的组成包括氮化锂、导电剂、粘结剂以及溶剂。优选地，所述氮化锂、导电剂以及粘结剂的质量比为(0.5～1):(2～3):(6～7.5)，如0.6:2.1:7.3、0.7:2.2:7.1、0.8:2.5:6.7或0.9:2.8:6.3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述正极材料包括硫碳复合材料和/或硫聚合物复合材料。优选地，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非为限制性实例有：导电炭黑和导电石墨的组合、导电石墨和碳纳米管的组合、碳纳米管和石墨烯的组合、碳纤维和导电炭黑的组合或导电炭黑、石墨烯和碳纳米管的组合等。优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯。优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或环己酮中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮的组合、N-甲基吡咯烷酮和环己酮的组合、环己酮和N,N-二甲基甲酰胺的组合或N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和环己酮的组合等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述静置的温度为25～60℃，如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(2)所述静置的时间为1～24h，如7h、8h、10h、12h、15h、18h、20h或22h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(3)所述充电包括恒流充电和恒压充电；优选地，所述所述恒流恒压充电的电流为0.001～1C，截止电压为3.8～4.5V；恒流恒压电压为1.5～4.5V，充电至0.001C～1C电流。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体及设置于所述集流体表面的负极浆料，所述负极浆料包括银粉以及碳材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池负极极片，其特征在于，所述负极极片包括集流体及设置于所述集流体表面的负极浆料，所述负极浆料包括银粉以及碳材料。


2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极浆料还包括粘结剂以及溶剂；
优选地，所述银粉、碳材料以及粘结剂的质量比为(10～30):(60～87):(3～10)。


3.根据权利要求1或2所述所述的负极极片，其特征在于，所述碳材料包括炭黑、乙炔黑或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；
优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或环己酮中的任意一种或至少两种的组合。


4.一种权利要求1-3任一项所述锂硫电池负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将所述负极浆料涂覆于集流体表面辊压得到；
优选地，所述负极浆料涂覆的厚度为(0.1～50)μm。


5.一种锂硫电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将至少一片正极极片与至少一片权利要求1-3任一项所述的负极极片依次层叠，相邻的所述正极极片与所述负极极片之间设置有隔膜，与电解液共同封装成软包电池，并预留气袋；
(2)将步骤(1)得到的软包电池静置；
(3)静置后对所述软包电池进行充电，使氮化锂中的Li+充分沉积到所述负极极片上；
(4)对所述软包电池进行抽气封口并切除气袋。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述正极极片的制备方法包括：将正极浆料涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕秋，黄苗，李琦旸，袁中直，刘金成，刘建华，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44