一种预警内短路的锂-硫电池及其预警方法技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，具体涉及一种预警内短路的锂

【技术实现步骤摘要】
一种预警内短路的锂
‑
硫电池及其预警方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，涉及一种预警内短路的锂
‑
硫电池及其制备和预警方法。

技术介绍

[0002]传统的锂离子电池正在接近能量密度的上限(～350Wh/kg)，难以满足更高能量密度的需求。锂
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硫电池的理论能量密度2500Wh/kg，是实现500Wh/kg的有力竞争者。安全性是任何电池大规模应用的红线，但随着能量密度的提高安全风险不可避免地增加。因为锂负极和硫正极在高温下容易熔化、升华和交互反应，锂
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硫电池的安全性问题尤为突出。
[0003]滥用导致的热失控是锂离子电池安全事故的主要原因。从滥用到热失控的发生通常与内部短路有关。据文献(Research status and analysis for battery safety accidents in electric vehicles[J].J.Mech.Eng,2019,55(24):93
‑
104.)统计，发生在电动汽车的火灾事故78％是由短路引起的。通常采取两种预防策略来降低潜在风险：被动策略和主动策略。被动策略是指在危险发生时降低风险水平，而主动策略是指通过有效的诊断和预测来避免危害的发生。如果可能的话，更好的选择是将危险扼杀在摇篮中，这意味着在初始阶段检测短路至关重要。目前，应用于短路预警的主动策略主要针对传统锂离子电池。锂
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硫电池中存在的穿梭效应不可避免地会干扰检测信号，因此这些策略能否直接移植到锂
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硫电池中仍有待验证。与锂离子电池相比，锂
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硫电池即使在没有电气滥用的情况下也容易产生锂枝晶，进而引发电池的内短路和热失控。即使在全固态电池中锂枝晶仍能够穿透固态电解质造成内短路。在锂离子电池中，锂枝晶的形成可以通过负极和锂之间的电位差来检测，但类似的预测在锂
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硫电池中无法实现，原因是充电过程中锂金属负极的沉积电位与枝晶生长的电位相同。虽然已经进行了大量的研究来抑制枝晶的形成，但将其完全消除几乎是不可能的。因此，亟需开发针对锂
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硫电池的短路预警策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种预警内短路的锂
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硫电池及其预警方法。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种预警内短路的锂
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硫电池，包括位于电池壳体内的电池芯体，所述电池芯体包括硫正极和锂负极，电池壳体内设置有电解液，电池芯体由上至下依次设置的硫正极、上隔膜、导电隔层、下隔膜和锂负极组成；即，隔膜为两层，所述导电隔层位于两层隔膜之间。
[0006]作为本专利技术的预警内短路的锂
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硫电池的改进：导电隔层具有离子和电子双重导电性。
[0007]说明：导电隔层因为泡在电解液里面、而且多孔，因此能传输离子；因为是导体，因此导电。
[0008]作为本专利技术的预警内短路的锂
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硫电池的进一步改进，所述导电隔层为以下任一：自支撑的导电材料、涂覆于隔膜上的导电涂层。
[0009]作为本专利技术的预警内短路的锂
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硫电池的进一步改进，当导电隔层为自支撑的导电材料时，所述自支撑的导电材料为金属网、金属泡沫、碳布、碳纸、泡沫碳、导电复合泡沫、多孔金属箔材及有机复合导电膜中的至少一种；所述自支撑的导电材料需经清洗及干燥；
[0010]当导电隔层为涂覆于隔膜上的导电涂层，所述导电涂层由粘结剂和导电剂组成，导电剂在导电涂层中的重量含量为50％～90％；所述导电涂层厚度为1～5μm；所述涂覆于隔膜上的导电涂层需经混浆、涂覆及干燥，所述干燥温度为40～80℃。
[0011]说明：实际制备时，将导电涂层对应的粘结剂和导电剂溶于溶剂中，然后进行涂覆，在涂覆后的干燥过程中，溶剂被全部蒸发。
[0012]所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯乙炔及环氧树脂中的至少一种；
[0013]导电剂为导电碳黑、富勒烯、碳纳米管、碳纤维、银纳米线、铜纳米线、石墨烯、MXene、石墨及炭气凝胶中的至少一种。
[0014]作为本专利技术的预警内短路的锂
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硫电池的进一步改进，所述上隔膜、下隔膜均为以下任一：
[0015]聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚酰亚胺多孔膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯多孔膜、聚四氟乙烯多孔膜、聚偏二氟乙烯多孔膜、纤维素多孔膜、玻璃纤维膜、无纺布、滤纸。
[0016]本专利技术还同时提供了上述任意一项所述的锂
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硫电池发生内短路的预警方法，包括如下步骤：
[0017]1)、以锂负极作为参比电极，设定参比电极的电极电势为0，检测导电隔层的电极电势为φ；
[0018]2)、以锂负极作为参比电极，设定参比电极的电极电势为0，检测硫正极的电极电势为φ
+
；
[0019]3)、将导电隔层的电极电势φ与预设的稳定电极电势范围(1.5～3.0V)进行比较(可将比较的结果传送至电池管理系统)；
[0020]4)、将静置过程中硫正极电极电势φ
+
的导数与预设值范围一(
‑
1.0～1.0)进行比较(可将比较结果传送至电池管理系统；
[0021]将充电过程中所述硫正极电极电势φ
+
的导数与预设值范围二(
‑
0.005～0.005)进行比较(可将比较结果传送至电池管理系统)；
[0022]5)所述电池管理系统判断：
[0023]判断步骤3)所得的导电隔层的电极电势φ是否在预设的稳定电极电势范围内；判断步骤4)所得的静置过程中所述硫正极电极电势φ
+
的导数是否在所述预设范围一内；判断步骤4)所得的充电过程中所述硫正极电极电势φ
+
的导数判断在所述预设范围二内；
[0024]如果上述3者的判断结果均为是时，无输出命令；
[0025]反之，当上述3者的至少任一判断结果为否时，输出断电命令；
[0026]6)、当步骤5)的至少任一判断结果为否时，将导电隔层的电极电势φ与参比电极的电极电势0、硫正极的电极电势φ
+
进行比较；
[0027]当所述导电隔层的电极电势φ趋向于参比电极的电极电势0时，判定所述锂
‑
硫电池的状态为负极与导电隔层发生短路；反之，当所述导电隔层的电极电势φ趋向于硫正极
的电极电势φ
+
时，判定所述锂
‑
硫电池的状态为硫正极与导电隔层发生短路。
[0028]作为本专利技术的锂
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硫电池发生内短路的预警方法的改进：
[0029]步骤3)中：预设的稳定电极电势范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预警内短路的锂
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硫电池，包括位于电池壳体内的电池芯体，所述电池芯体包括硫正极和锂负极，电池壳体内设置有电解液，其特征在于：电池芯体由上至下依次设置的硫正极、上隔膜、导电隔层、下隔膜和锂负极组成。2.根据权利要求1所述的预警内短路的锂
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硫电池，其特征在于：导电隔层具有离子和电子双重导电性。3.根据权利要求1或2所述的预警内短路的锂
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硫电池，其特征在于：所述导电隔层为以下任一：自支撑的导电材料、涂覆于隔膜上的导电涂层。4.根据权利要求3所述的预警内短路的锂
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硫电池，其特征在于：当导电隔层为自支撑的导电材料时，所述自支撑的导电材料为金属网、金属泡沫、碳布、碳纸、泡沫碳、导电复合泡沫、多孔金属箔材及有机复合导电膜中的至少一种；当导电隔层为涂覆于隔膜上的导电涂层，所述导电涂层由粘结剂和导电剂组成，导电剂在导电涂层中的重量含量为50％～90％；所述导电涂层厚度为1～5μm；所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯乙炔及环氧树脂中的至少一种；导电剂为导电碳黑、富勒烯、碳纳米管、碳纤维、银纳米线、铜纳米线、石墨烯、MXene、石墨及炭气凝胶中的至少一种。5.根据权利要求1～4任一所述的预警内短路的锂
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硫电池，其特征在于：所述上隔膜、下隔膜均为以下任一：聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚酰亚胺多孔膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯多孔膜、聚四氟乙烯多孔膜、聚偏二氟乙烯多孔膜、纤维素多孔膜、玻璃纤维膜、无纺布、滤纸。6.如权利要求1～5中任意一项所述的锂
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硫电池发生内短路的预警方法，其特征在于，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，王军长，徐宙，罗仲宽，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：