锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池，包括（a）含有锂的第一电极，（b）含有硫和/或硫化锂的第二电极，（c）在电极（a）和（b）之间的隔膜以及（d）隔膜中的电解质；其特征在于，所述隔膜包括由聚合物纤维制成的非织造织物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种锂硫电池。二次电池(充电电池)由于它们的高能量密度和高容量可以作为用于移动信息装置的能量存储装置。它们也可用于工具、电动车辆和混合动力车辆。对于此类电池在电容量和能量密度方面的要求是很高的。特别地它们应当在充电和放电循环中保持稳定，即具有尽可能小的电容量损失。虽然锂离子电池已经能够具有高充电/放电循环，但是锂硫电池还未达到。但是由于它们的实质上高于常规锂离子电池的(理论的)特殊能量密度，因此这种电池类型的长寿命是值得期待的。锂硫电池基于锂和硫之间的电化学反应，例如丨6 Li + s, =8U2S。不利的·是，放电期间在硫电极上形成的多硫化物Li2Sx (I8)可在电池的电解质中溶解且也在那保持溶解状态。这种高溶解度导致有效电极质量损失。同时多硫化阴离子可迁移到锂金属电极，它们可在那形成不溶解的产物。这也影响到电池的效率。总的来说，这导致了在充电和放电循环中不能令人满意的短寿命。目前这也限制了锂硫电池的使用。
技术介绍
US 6，737，197B2公开了一种锂硫电池，具有例如陶瓷电解质隔膜或玻璃电解质隔膜的固体电解质，它们基本上不包含液体。使用聚合物电解质，例如聚醚类诸如聚氧乙烯，也是公知的。聚合物电解质也可以凝胶形式使用，其包含20% (重量)的有机液体。也可能使用隔膜板。其通过毛细管力在很小的空隙中保持液体电解质。德国公开文献2334660中公开了一种具有负锂电极、正硫电极和有机电解质的电性蓄电池。提出一种由玻璃纤维或在电解质中稳定的塑料，例如聚丙烯制成的织物作为隔膜。M. Yoshio, R. J. Brodd, A. Kozawa (编辑)的“锂离子电池(Lithium-IonBatteries),科学和技术(Science and Technologies)，，，2009，Springer,第 20 章，367-412页概述了可用于锂电池的隔膜。可使用例如由聚丙烯或聚乙烯制成的微孔膜作为隔膜(例如，374页最后一段)。可用作隔膜的微孔膜可同样由例如经热处理的聚乙烯制成的纤维材料制成(379页，完整的第二段)。381页第二段公开了，至今还没有被成功地应用于锂离子电池中的非织造材料，例如纤维素纤维。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有改进了的关于充电和放电循环的寿命的锂硫电池。本专利技术的主题是一种锂硫电池，包括(a)含有锂的第一电极；(b)含有硫和/或硫化锂的第二电极；(C)在电极(a)和(b)之间的隔膜；(d)隔膜中的电解质；其特征在于，隔膜包括由聚合物纤维制成的非织造织物。术语“锂硫电池”包括例如“锂硫二次电池”、“硫化锂电池”、“锂硫蓄电池”、“锂硫电池单元”以及类似的概念。这意味着术语“锂硫电池”可用作现有技术中对于这种电池类型的常用术语的总称。具体实施例方式虫极在一个实施例中，第一电极(a)包括金属锂。在电池放电期间，(a)是负电极(阳极)，且第二电极(b)是正电极(阴极)。电化学反应式可写成如下形式(a)正极Li — Li++e_ ； (b)负极:S8+2Li++e — Li2S8 ；Li2S8 — Li2Sn+(8_n) S。优选地，正电极包括碳基质，硫和/或硫化锂嵌入到该碳基质中。在另一个实施例中，负电极包括锂合金。合适的锂合金优选为具有铝或锡的锂合金，例如LiAl和Li22Srv锂合金优选嵌入到碳基质中。优选地，在该实施例中，正电极也包括碳基质。在一个实施例中，负电极包括由锂和锡以及碳组成的合金。放电时的电化学反应可写成如下形式(a)阳极Li22Sn5+C — 22Li++5Sn/C+22e_;(b)阴极llS+C+22Li++22e-— llLi2S/C。已知的是，包括金属锂或锂合金的电极可具有以下特征，其在充电过程中膨胀且在放电过程中收缩。这会导致电池的功率损失。通过在碳基质中使用锂合金，使得可有利地补偿电池的体积变化。在另一个实施例中，负电极包括尺寸在纳米范围内的硅线。通过使用硅纳米线可同样抵消充电或放电时阳极不期望的体积变化。锂离子蓄电池中的具有硅纳米线的负电极也是已知的。在另一个实施例中，(纳米线形式的)硅在阳极中取代碳。MM根据本专利技术的电池的所述隔膜包括织物形式的聚合物纤维。根据定义，纤维是无纺布的。因此织物是无纺布的。也可用术语“非织造”代替术语“无纺布”。有关技术文献中，也使用例如术语“非织物”或“非织材料”。术语“织物”与术语“织物材料”同义。用于电池的隔膜必须是对于锂离子来说可渗透的，从而保证锂离子在正电极和负电极之间的离子传输。另一方面，隔膜应当对于硫化和多硫化阴离子不可渗透。这可以防止这样的离子在电池中循环且防止扩散到包括金属锂或锂合金的电极。因此可以最小化或甚至防止在该电极上形成不期望的难溶解的硫化物。此外，该隔膜对于电极应是绝缘的。在现有技术中织物是已知的和/或可通过已知的方法制造，例如通过具有后续固化的纺纱方法。优选地，织物是柔性的且可制造成厚度小于30 μ m。优选地，聚合物纤维选自由聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚砜、聚酰胺酰亚胺、聚醚、聚苯硫醚和芳族聚酰胺组成的组或选自这些聚合物中的两个或更多个组成的混合物。聚酯例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。聚烯烃例如为聚乙烯或聚丙烯。含卤素的聚烯烃例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或聚氯乙烯也是合适的。聚酰胺例如为已知类型的PA6. 6和PA6. 0，通过商标Nylof和Pei-Ionk5而公知。芳族聚酰胺例如为间位芳纟仑和对位芳纟仑，通过商标]^011161@和1^6'￥131!8而公知。聚酰胺酰亚胺例如通过商标Keimel 而公知。 在一个实施例中，排除由聚闪烯形成的聚合物纤维。 在另一个实施例中，排除由纤维素形成的聚合物纤维。优选地，聚合物纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的聚合物纤维。在一个优选实施例中，隔膜包括一侧或两侧涂覆无机材料的织物。术语“涂覆”也包括，离子传导的无机材料不仅可位于织物的一侧或两侧上，而且还可以在织物的内部。用于涂覆的离子传导的无机材料优选为选自由锆、铝或锂中至少一种元素的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐和硅铝酸盐构成的组的化合物。离子传导的无机材料优选在-40° C到200° C的温度范围内是离子传导的，即对于锂离子是离子传导的。在一个优选实施例中，离子传导材料包括氧化锆或由氧化锆组成。在一个实施例中，可使用由至少部分可渗透的载体组成的隔膜，该载体不是电子传导的或仅是不良电子传导的。该载体在至少一侧上涂覆无机材料。使用有机材料作为至少部分可渗透的载体，该有机材料例如为织物，即由非织造的聚合物纤维形成。该有机材料形成为聚合物纤维的形式，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚合物纤维。该织物涂覆有优选在-40° C到200° C的温度范围内离子传导的无机离子传导材料。无机离子传导材料优选包括选自由锆、铝或锂中至少一种元素的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐和硅铝酸盐构成的组的化合物，特别优选包括氧化锆。无机离子传导材料优选具有最大直径小于IOOnm的颗粒。这样的隔膜例如为由德国的Evonik AG公司提供的商品名为“Separioif”的隔膜。用于制造这样的隔膜的方法在现有技术中是已知的，例如从EP 1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂姆·舍费尔，
申请(专利权)人：锂电池科技有限公司，
类型：
国别省市：