一种锂硫电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池，由硫正极、负极、电解液、隔膜和外壳组装而成，所述负极为在锂离子电池负极中添加有锂粉的复合负极，所述锂粉的添加质量为锂离子电池负极材料质量的10～20％。本发明专利技术还公开了上述锂硫电池的制备方法。本发明专利技术采用锂离子电池负极材料，如石墨类负极、硅系列负极、锡合金负极等，作为电池负极主要材料，同时在锂离子负极材料中添加锂粉，制备本发明专利技术的复合负极，利用该复合负极中锂粉生成的锂离子提供锂硫电池循环中所必需锂离子，从而替代现有锂硫电池中金属锂箔负极，避免了“死锂”和枝晶等现象，从而提高了现有锂硫电池的循环性，改善了现有锂硫电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学电源
，特别是涉及。
技术介绍
单质硫的理论比容量为1675mAh/g，与锂组装成电池，理论比能量可达^OOWh/ kg，符合电动汽车(EV)对电池的要求，也符合便携式电子产品对电池“轻、薄、小”的要求。 由于硫具有来源广泛(成本低)、无毒(无污染)等特点，以硫为正极的硫电池成为人们研 究的重点。在过去的研究中，为了改善硫正极材料的电化学性能，国内外研究者尝试了多种 方法，例如工艺改进、表面包覆元素、掺杂添加可吸附Lijn的添加剂和引入主体框架材料 等。通过这些努力硫电极的水平获得大幅提高，已经可以在一些领域中应用。但是以往的研究中主要采用金属锂箔作为负极，形成常规的锂硫电池。在这种电 池中，由于采用金属锂箔负极，当电池进行多次循环后锂箔上会产生枝晶、“死锂”、界面恶 化等现象，这就导致了电池性能不断下降，循环性和安全性不足，存在安全隐患。而另一方面，目前锂离子电池中所采用的性能优良的负极材料却无法使用，如石 墨类负极、硅系列负极、锡合金负极等。这些负极具有良好的循环稳定性和循环安全性，但 是因为这些负极材料自身并不含有“锂源”，无法提供锂硫电池反应中所需要的锂离子，无 法和硫正极构成一个电化学体系。因此，由于负极所存在的上述问题，锂硫电池的循环性和安全性一直存在问题，无 法实现真正的商品化生产。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种锂硫电池，该锂硫电池提高 了现有锂硫电池的循环性，改善了现有锂硫电池的安全性能；为此，本专利技术还提供了该锂硫 电池的一种制备方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是一种锂硫电 池，由硫正极、负极、电解液、隔膜和外壳组装而成，所述负极为在锂离子电池负极中添加有 锂粉的复合负极，所述锂粉的添加质量为锂离子电池负极材料质量的10 20%。本专利技术所采取的另一个技术方案是上述锂硫电池的一种制备方法该电池由硫 正极、复合负极、电解液、隔膜和外壳组装得到，所述复合负极的制备方法为在锂离子电池 负极材料中加入锂粉，锂粉的加入质量为锂离子电池负极材料质量的10 20%，并且锂粉 是经过表面钝化的；将加入锂粉的复合材料与粘结剂混合后，按照锂离子电池负极的制备 方法制成所述复合负极，粘结剂的质量占复合负极质量的 50%。所述锂离子电池负极材料包括石墨类负极材料、硅系列负极材料和锡合金负极材 料。在加入锂粉的复合材料中加入有导电剂，导电剂的质量占复合负极质量的 40%。粘结剂的质量占复合负极质量的3% 20%。导电剂的质量占复合负极质量的3% 20%。本专利技术具有的优点和积极效果是采用锂离子电池负极材料，如石墨类负极、硅系 列负极、锡合金负极等，作为电池负极主要材料，同时在锂离子负极材料中添加锂粉，制备 本专利技术的复合负极，利用该复合负极中锂粉生成的锂离子提供锂硫电池循环中所必需锂离 子，从而替代现有锂硫电池中金属锂箔负极，避免了“死锂”和枝晶等现象，从而提高了现有 锂硫电池的循环性，改善了现有锂硫电池的安全性能。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术复合负极的结构示意图。具体实施例方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下实施例1:请参阅图1 图2。图1所示为一种锂硫电池，由硫正极4、负极1、电解液2、隔膜3和外壳5组装而 成，负极1为在锂离子电池负极1-1中添加有锂粉1-2的复合负极。其中正极为现有锂硫电池中所采用的单质硫为电极活性材料，添加10 %的导电剂 KS改性石墨，10%的粘结剂PVDF聚偏氟乙烯(溶于10倍质量的NMP中)。以铝箔为正极 集流体，采用涂布法获得薄片状电池正极；电极制备基本过程是将以上材料用氩气保护 球磨机混合均勻，然后涂于铝箔上，在烘箱中以80°C 100°C条件下烘干池 5h，至溶剂 NMP完全挥发，即形成正极电极，置于干燥箱中备用。上述复合负极，以中间相碳微球(MCMB)为主成分，与质量为中间相碳微球(MCMB) 质量的10%的锂粉混合形成复合材料，将复合材料与占复合负极质量3%的导电剂(KS改 性石墨)和占复合负极质量3%的粘结剂PVDF聚偏氟乙烯(溶于10倍质量的NMP中)混 合，其中锂粉是经过表面钝化的，其与锂离子电池生产中的溶剂NMP不易反应，锂粉的粒径 在lOum。以铜箔为正极集流体，采用涂布法获得薄片状电池负极将以上材料用氩气保护 球磨机混合均勻，然后涂于铜箔上，在烘箱中以80°C 100°C条件下烘干池 5h，至溶剂 NMP完全挥发，即形成复合负极，置于干燥箱中备用。上述电解液是商品化的锂离子电解液IM LiPF6/PC EMC DMC(1 1 1)。上述隔膜是商品化的锂离子电池Cellgard隔膜。电池采用软包装形式，以铝塑膜为包装壳。按图1所示，将正极、负极、隔膜装入铝塑膜包装壳中，然后注液封口，便形成本发 明所述及的硫电池。本实施例的正极并不限于上述方法制备的正极，也可以是由以下方法制备的正 极以多硫化碳炔为电极活性材料，添加10%的导电剂KS改性石墨，10%的粘结剂PVDF聚 偏氟乙烯(溶于10倍质量的NMP中)。其中，多硫化碳炔是通过二氯乙烯与单质硫经反应获得。以铝箔为正极集流体，采用涂布法获得薄片状电池正极；电极制备基本过程是将以 上材料用氩气保护球磨机混合均勻，然后涂于铝箔上，在烘箱中以80°C 100°C条件下烘 干浊 5h，至溶剂NMP完全挥发，即形成正极电极，置于干燥箱中备用。本实施例的电解液并不限于上述IM LiPF6/PC EMC DMC(1 1 1)，也可以 是用于锂离子电池的其他电解液。本实施例的隔膜并不限于上述Cellgard隔膜，也可以是用于锂离子电池的其他 品牌的隔膜。本实施例的包装并不限于上述铝塑膜软包装形式，也可以是钢壳或铝壳。导电剂是作为提高电极功率性能而加入的成分，在对电极功率性能要求较低的条 件下，电极中也可以不加入导电剂。实施例2:与实施例1不同的是负极的制备方法以纳米氧化硅/碳复合负极(SiO/C)为主成分，与质量为纳米氧化硅/碳复合负 极(SiO/C)质量的20%的锂粉混合形成复合材料，将复合材料与占复合负极质量10%的导 电剂(KS改性石墨)和占复合负极质量20%的粘结剂PVDF聚偏氟乙烯(溶于10倍质量的 NMP中)混合，其中锂粉是经过表面钝化的，其与锂离子电池生产中的溶剂NMP不易反应， 锂粉的粒径在lOum。以铜箔为正极集流体，采用涂布法获得薄片状电池负极将以上材料 用氩气保护球磨机混合均勻，然后涂于铜箔上，在烘箱中以80°C 100°C条件下烘干池 5h，至溶剂NMP完全挥发，即形成复合负极，置于干燥箱中备用。实施例3 与实施例1不同的是负极的制备方法以锡合金负极为主成分，与质量为锡合金负极质量的15%的锂粉混合形成复合材 料，将复合材料与占复合负极质量20%的导电剂(KS改性石墨)和占复合负极质量15%的 粘结剂PVDF聚偏氟乙烯(溶于10倍质量的NMP中)混合，其中锂粉是经过表面钝化的，其 与锂离子电池生产中的溶剂NMP不易反应，锂粉的粒径在lOum。以铜箔为正极集流体，采用 涂布法获得薄片状电池负极将以上材料用氩气保护球磨机混合均勻，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂硫电池，由硫正极、负极、电解液、隔膜和外壳组装而成，其特征在于，所述负极为在锂离子电池负极中添加有锂粉的复合负极，所述锂粉的添加质量为锂离子电池负极材料质量的１０～２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，贾振勇，
申请(专利权)人：天津中能锂业有限公司，
类型：发明
国别省市：12