CN101465441B - 一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于新能源技术领域的一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法。一种以石墨为负极的锂硫电池，包括正极和负极，其特征在于，所述正极为嵌锂的正极片。嵌锂的正极片制备方法是在干燥空气或干燥惰性气体环境中，将隔膜放入正极片和锂箔之间，卷绕或叠片成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.01～1C，放电终止电压为0.5～1.5V，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片。本发明通过电化学嵌锂预先在硫正极中补充锂源，从而可以采用无锂源的结构稳定的石墨负极，避免使用高活性的金属锂负极，提高了锂硫电池的安全性和循环稳定性，制备成本低、工艺流程简单，具有很大的应用价值。

Description

一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，特别涉及一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法。
背景技术
近年来，更小、更轻和更高性能的电子和通讯设备的发展要求开发为这种设备提供电源的高性能和大容量的二次电池。最令人感兴趣的是锂硫电池，因为与其他电池相比，锂硫电池具有最高的理论能量密度。另外，硫是来源丰富而且便宜的材料，并且对环境友好。
常规锂硫二次电池采用具有硫-硫键的硫化合物作为正极的活性物质，以及金属锂作为负极的活性物质，电池中的锂源由金属锂负极提供。金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，在用于高能锂硫电池负极方面具有相当诱人的前景。但安全性问题制约了金属锂负极的应用，其主要来源于以下两个方面：
(1)金属锂的化学不稳定性。金属锂具有较高的化学反应活性和较低的熔点，这使得意外事故或滥用情况下极易发生金属锂与电解质及空气的剧烈反应，从而导致爆炸；
(2)金属锂沉积时极易形成锂枝晶。这使得锂二次电池在充放电过程中，当锂枝晶生长到能够刺穿电解质隔膜时，容易发生电池内部短路，继而引起爆炸。
石墨材料具有结构稳定，来源广泛，成本低，具有明显的充放电平台且平台电位低的特点，以其作为锂硫二次电池的负极将有利于保持电池的高电压、高容量、高循环稳定性的特征。目前商品化锂离子电池的负极材料均为石墨化碳材料，包括人工石墨和天然石墨。
如果以石墨材料作为锂硫二次电池的负极，由于整个电池系统中不含锂源，无法组成一个锂离子电池系统，必须采取措施在电池系统中补充锂源。
发明内容
本发明的目的是提供一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，其特征在于，制备石墨负极片和硫正极片，采用电化学嵌锂方式在硫正极片上嵌锂得到电化学嵌锂的正极片，将电化学嵌锂的正极片与石墨负极片、隔膜、电解液、电池外壳组装得到电池；所述电化学嵌锂的正极片的制备方法如下：在干燥空气或干燥惰性气体环境中，将聚丙烯或聚乙烯微孔膜放入硫正极片和0.05～0.2mm的锂箔之间，卷绕或叠片成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.01～1C，放电终止电压为0.5～1.5V，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片。其中，所述惰性气体为氩气或氮气。
本发明的有益效果为：
本发明提供的制备方法其核心技术是通过电化学嵌锂预先在硫正极中补充锂源，从而可以采用无锂源的结构稳定的石墨负极，避免使用高活性的金属锂负极，从而提高了锂硫电池的安全性和循环稳定性。
本发明制备成本低、工艺流程简单，具有很大的应用价值，是为提高锂硫电池的性能而提出的一种高效、低成本、适合于工业化生产的锂硫电池的制备技术。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种以石墨为负极的锂硫电池，包括正极和负极，所述正极为嵌锂的正极片。
一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，该方法步骤如下，
(1)制备负极片：将作为负极活性材料的高容量球形天然石墨、丁苯橡胶粘合剂和炭黑导电剂加入水中，负极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶水的重量比为95∶2∶1∶150，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在铜箔集流体上，制成负极片；
(2)制备正极片：将作为正极活性材料的升华硫、丁苯橡胶粘合剂和作为导电剂的炭黑加入水中，正极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶水的重量比为70∶8∶20∶120，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在铝箔集流体上，制成正极片；
(3)正极嵌锂：在干燥氮气环境中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入正极片和厚度为0.15mm的锂箔之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.05C，放电终止电压为1.0V(相对于金属锂)，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片；
(4)电池组装：在干燥室中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入嵌锂正极片和负极片之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经充放电活化后得到以石墨为负极的锂硫电池。
实施例2
一种以石墨为负极的锂硫电池，包括正极和负极，所述正极为嵌锂的正极片。
一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，该方法步骤如下，
(1)制备负极片：将作为负极活性材料的人工石墨、丁苯橡胶粘合剂和炭黑导电剂加入水中，负极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶水的重量比为95∶2∶1∶150，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在铜箔集流体上，制成负极片；
(2)制备正极片：将作为正极活性材料的升华硫、聚偏氟乙烯粘合剂和作为导电剂的炭黑加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，正极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶溶剂的重量比为70∶10∶20∶120，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在镍箔集流体上，制成正极片；
(3)正极嵌锂：在干燥氩气环境中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入正极片和0.1mm的锂箔之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/LLiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.1C，放电终止电压为1.5V(相对于金属锂)，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片；
(4)电池组装：在干燥室中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入嵌锂正极片和负极片之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经充放电活化后得到以石墨为负极的锂硫电池。
实施例3
一种以石墨为负极的锂硫电池，包括正极和负极，所述正极为嵌锂的正极片。
一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，该方法步骤如下，
(1)制备负极片：将作为负极活性材料的人工石墨、丁苯橡胶粘合剂和炭黑导电剂加入水中，负极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶水的重量比为95∶2∶1∶150，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在铜箔集流体上，制成负极片；
(2)制备正极片：将作为正极活性材料的硫/聚丙烯腈复合材料，丁苯橡胶粘合剂和作为导电剂的炭黑加入水中，正极活性材料∶粘合剂∶导电剂∶水的重量比为70∶10∶20∶120，在球磨机中混合均匀成为浆料，将浆料刮涂在镍箔集流体上，制成正极片；其中，硫/聚丙烯腈复合材料是将升华硫与聚丙烯腈按重量比4∶1混合，在氩气气氛下，300℃恒温3小时处理得到的；
(3)正极嵌锂：在干燥室中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入正极片和0.2mm的锂箔之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.1C，放电终止电压为0.5V(相对于金属锂)，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片；
(4)电池组装：在干燥室中，将作为隔膜的聚乙烯微孔膜放入嵌锂正极片和负极片之间，卷绕成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电解液为1mol/L LiPF6在碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯(体积比为1∶1∶1)中的混合溶液，电池封口，经充放电活化后得到以石墨为负极的锂硫电池。

Claims (2)

1.一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，其特征在于，制备石墨负极片和硫正极片，采用电化学嵌锂方式在硫正极片上嵌锂得到电化学嵌锂的正极片，将电化学嵌锂的正极片与石墨负极片、隔膜、电解液、电池外壳组装得到电池；所述电化学嵌锂的正极片的制备方法如下：在干燥空气或干燥惰性气体环境中，将聚丙烯或聚乙烯微孔膜放入硫正极片和0.05～0.2mm的锂箔之间，卷绕或叠片成电芯，放入电池壳内，注入电解液，电池封口，经首次放电，首次放电电流为0.01～1C，放电终止电压为0.5～1.5V，将电池拆开，得到电化学嵌锂的正极片。
2.根据权利要求1所述的一种以石墨为负极的锂硫电池的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
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