锂硫电池制造技术

本发明专利技术公开一种锂硫电池，包括正极片、负极片、隔膜和保液材料；所述正极片包括集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括硫基正极活性材料；所述保液材料存储有电解液，且所述保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放所述电解液。本发明专利技术的锂硫电池包括保液材料，保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放电解液，随着放电过程的进行，正极体积发生膨胀，逐渐压迫电池中的保液材料，迫使其随着放电深度逐步释放电解液，缓解了高注液量下放电过程中多硫化物的过量溶解及损失，有效提升了电池的首次放电容量。此外，保液材料中的充足电解液可以支撑电池正常的充、放电循环，解决了贫电解液条件下的循环跳水问题。

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池
本专利技术涉及化学电源领域，具体涉及锂硫电池。
技术介绍
锂硫电池由于其理论容量和比能量高，且单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点，被广泛认为是下一代高能量密度电池的发展方向，也是高能量密度电池的研究热点。但当注液量较高时(液硫比15-10：1)，首次放电过程中多硫化物在电解液中的溶解量较大，部分多硫中间产物来不及转化，首次放电比容量较低；扩散至负极造成活性物质损失，缩减电池寿命。当注液量较低时(液硫比5-2.6：1)，电解液对活性物质的浸润是随着放电过程逐渐进行的，活性物质损失少，首次放电容量较高，但由于电解液总量较少，在循环过程中被锂金属负极逐渐消耗，导致电池在循环数十次后容量就发生断崖式跳水现象。因此，亟待研发一种可以克服上述缺陷的锂硫电池。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种包括保液材料的锂硫电池。本专利技术的锂硫电池，包括正极片、负极片、隔膜和保液材料；所述正极片包括集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括硫基正极活性材料；所述保液材料存储有电解液，且所述保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放所述电解液。本专利技术的锂硫电池包括保液材料，保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放电解液，随着放电过程的进行，正极体积发生膨胀，逐渐压迫电池中的保液材料，迫使其随着放电深度逐步释放电解液，缓解了高注液量下放电过程中多硫化物的过量溶解及损失，有效提升了电池的首次放电容量。此外，保液材料中的充足电解液可以支撑电池正常的充、放电循环，解决了贫电解液条件下的循环跳水问题。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本专利技术的保液材料可逆地存储和释放电解液的示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。本专利技术的锂硫电池，包括保液材料，保液材料存储有电解液，且保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放电解液。如图1所示，保液材料在自然状态下可以吸收、容纳一定量的电解液，且未工作状态下锂硫电池中只有少量电解液没有存储于保液材料中，用于“启动”锂硫电池放电反应。随着放电过程的进行，硫基正极活性材料的体积发生膨胀，逐渐压迫电池体系中的保液材料，迫使其随着放电深度逐步释放电解液，支撑放电过程。当电池充电时，随着充电过程的进行，硫基正极活性材料体积逐渐变小，因此施加到保液材料上的压力逐渐变小，电解液再次存储到保液材料中。从而实现保液材料在锂硫电池充放电过程中可逆地存储和释放电解液。避免放电过程中多硫化物过多溶解于电解液中，而导致活性材料的损失；同时也可以避免电解液过少导致的循环数十次后容量就发生断崖式跳水现象，提高电池循环性能的稳定性和寿命。锂硫电池中的保液材料可以设置于电池内部的任何位置，只要能够实现在电池充放电过程中可逆地存储和释放电解液即可。以下详细描述保液材料处于电池中的位置的几种方式，但本领域技术人员可以理解，并不限于下述几种方式。在可选的实施方式中，保液材料分散于正极活性材料层中。保液材料与硫基活性材料充分接触，充分利用硫基活性材料充放电时的体积的变换对保液材料施压和撤压，从而在充放电过程中实现存储和释放电解液。在可选的实施方式中，保液材料作为涂层设置于正极集流体与正极活性材料层、正极活性材料层与隔膜及负极片与隔膜至少一种之间。当保液材料涂层设置于正极集流体与活性材料层之间时，在电池放电过程中，硫基正极活性材料膨胀，挤压保液材料涂层，保液材料涂层逐渐释放出电解液，硫基正极活性材料与锂离子反应生成的多硫化物一部分向正极活性材料层靠近保液材料一侧扩散，一部分向隔膜侧扩散，相比于不加保液材料的电极，能够一定程度上减少向隔膜侧扩散的多硫化物的量，进而减少多硫化物扩散至负极，在负极表面生成绝缘性的Li2S2/Li2S，造成活性材料损失，缓解“穿梭”效应；另一方面，正极活性材料层靠近保液材料涂层侧的多硫化物较聚集，使得该侧Li2S2/Li2S的量增多，可有效减少了靠近隔膜侧正极表面Li2S2/Li2S的量，加强了Li+向正极内侧的迁移，提高正极活性材料的利用率。保液材料涂层还可以设置于正极活性材料层与隔膜或负极片与隔膜之间。当然，保液材料涂层也可以同时设置于上述位置中的两个，即在正极集流体与正极活性材料层之间及正极活性材料层与隔膜之间均设置保液材料涂层、正极集流体与正极活性材料层之间及负极与隔膜之间均设置保液材料涂层、或正极活性材料层与隔膜之间及负极与隔膜之间均设置保液材料涂层。保液材料涂层也可以同时设置在上述三个位置。在可选的实施方式中，保液材料还可以是凝胶电解质。保液材料可以包括主体材料和保液剂，主体材料为聚偏二氟乙烯(PVDF)、丙烯腈多元共聚物(LA133)中的至少一种，保液剂为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的至少一种。主体材料能够吸收少部分电解液，并以游离态存在。保液剂利用表面存在的羟基基团，吸收电解液后，能够与电解液表面的基团结合，电解液以结合态形式存在。保液材料中主体材料与保液剂的质量比优选为(70-50)：(30-50)，以使保液材料中存储的游离态的电解液和结合态的电解液的量处于优选的范围内，从而使得电池的循环稳定性和寿命提高到更高的程度。当然，保液材料中主体材料和保液剂的质量比不在上述范围内也能够解决本专利技术的问题，只是提高的程度没有达到较优的程度。如果保液材料中主体材料和保液剂的质量比不在上述范围时，若主体材料过多(主体材料与保液剂的质量比大于70：30)，吸收的电解液大部分仍以游离态形式存在，放电开始时，电池体系中存在较多游离态的电解液，会导致多硫化物过量溶解在电解液中，造成“穿梭效应”严重；如果保液剂过多(主体材料与保液剂的质量比小于50：50)，电解液大多以结合态形式存在，游离态的电解液不足以“启动”放电反应，所以主体材料与保液材料优选控制一个适当的质量比，既能保证放电反应成功启动，又能保证电池体系中没有过多游离态的电解液。本领域技术人员可以根据电池体系的实际需要，选择适当比例的主体材料和保液剂，例如但不限于，主体材料和保液剂的质量比为70：30、65：35、60：40、55：45、50：50等等。保液材料中保液剂吸收的电解液主要是以结合态存在，在膨胀过程中，即使受到挤压，也不会有电解液释放出来，因此，为了让保液剂能够存储部分游离态电解液，需要对保液剂进行造孔，利用孔来存储游离态电解液。同时，孔隙率需要保持在一个合适的范围，太高则存储的游离态的电解液容易漏出去，太低则能够存储的游离态电解液量少。优选，保液材料分散于正极活性材料层时，正极活性材料层的孔隙率为65-85％。本领域技术人员根据实际的需要，选择适当的正极活性材料层的孔隙率，例如但不限于，65％、70％、75％、80％、85％等等。保液材料作为涂层或凝胶电解质时，孔隙率优选为30-55％。本领域技术人员根据实际的需要，选择适当的涂层或凝胶电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜和保液材料；所述正极片包括集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括硫基正极活性材料；所述保液材料存储有电解液，且所述保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放所述电解液。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔膜和保液材料；所述正极片包括集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括硫基正极活性材料；所述保液材料存储有电解液，且所述保液材料在充放电过程中能够可逆地存储和释放所述电解液。


2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述保液材料分散于所述正极活性材料层中。


3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述保液材料作为涂层设置于所述正极集流体与所述正极活性材料层、所述正极活性材料层与所述隔膜及所述负极片与所述隔膜至少一种之间。


4.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述保液材料为凝胶电解质。


5.根据权利要求1-4任一所述的锂硫电池，其特征在于，所述保液材料包括主体材料和保液剂，所述主体材料为聚偏二氟乙烯、丙烯腈多元共聚物中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫银贤，彭祖铃，
申请(专利权)人：凯博能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32