CN104124413A - 一种锂硫蓄电池 - Google Patents

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付娟妮
叶文远
曾尔曼
吴昊天
陈宏宇
孙怡
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Abstract

本发明公开了一种锂硫蓄电池，包括阳极、阴极、电解质以及隔膜，其特征在于：隔膜设于阴极和阳极之间，将电解质分隔为阳极电解质和阴极电解质并且允许锂离子通过，隔膜为锂硫离子膜与纤维素膜结合而成的复合膜，纤维素膜为硝酸纤维素膜或醋酸纤维素膜。复合隔膜中的纤维素膜在锂硫二次电池中可以阻止多硫化物随电解液迁移到金属锂负极片，抑制“梭现象”，提高锂硫二次电池的库伦效率，能延长电池寿命。

Description

一种锂硫蓄电池
技术领域
本发明涉及化学领域，具体地涉及蓄电池，尤其是一种锂硫蓄电池。
背景技术
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在逐步向其他产品应用领域发展。1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的行动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备重量和体积大大减小。索尼公司发明的以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。
锂硫电池是锂离子电池中的一种，尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂离子电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量（<150mAh/g）。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂离子电池。
锂硫电池以硫为正极反应物质，以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂（Li2S）时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。
硫电极的充电和放电反应较复杂，截止2013年对硫电极在充电和放电反应中产生的中间产物还没有明确的认识。一般认为硫电极的放电过程主要包括两个步骤，分别对应两个放电平台。
尽管锂硫电池有这些优点，但还有许多挑战需要面对。锂硫电池主要存在三个主要问题：1、锂多硫化合物溶于电解液；2、硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；3、硫在充放电过程中，体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏。因此，以上的三个问题，不管是哪方面的解决，都有助于提高锂硫电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂硫蓄电池。
本发明提供的技术方案如下：
一种锂硫蓄电池，包括阳极、阴极、电解质以及隔膜，其特征在于：
隔膜，设于阴极和阳极之间，将电解质分隔为阳极电解质和阴极电解质并且允许锂离子通过，隔膜为锂硫离子膜与纤维素膜结合而成的复合膜，纤维素膜为硝酸纤维素膜或醋酸纤维素膜。
由上述描述可知，本发明提供了锂硫蓄电池，同现有技术相比，复合隔膜中的纤维素膜在锂硫二次电池中可以阻止多硫化物随电解液迁移到金属锂负极片，抑制“梭现象”，提高锂硫二次电池的库伦效率，能延长电池寿命。
具体实施方式
一种锂硫蓄电池，包括阳极、阴极、电解质以及隔膜，隔膜设于阴极和阳极之间，将电解质分隔为阳极电解质和阴极电解质并且允许锂离子通过，隔膜为锂硫离子膜与纤维素膜结合而成的复合膜，纤维素膜为硝酸纤维素膜或醋酸纤维素膜。电解质锂盐包括高氯酸锂（LiClO4）、LiBF4，LiPF6、LICF2SO3等。混合有机溶剂包括亚丙基碳酸酯PC、亚乙基碳酸酯EC、二甲基碳酸酯DMC、二乙基碳酸酯DEC、四氢呋喃等。

Claims (2)

1.一种锂硫蓄电池，包括阳极、阴极、电解质以及隔膜，其特征在于：隔膜设于阴极和阳极之间，将电解质分隔为阳极电解质和阴极电解质并且允许锂离子通过，隔膜为锂硫离子膜与纤维素膜结合而成的复合膜，纤维素膜为硝酸纤维素膜或醋酸纤维素膜。
2.如权利要求1所述的一种锂硫蓄电池，其特征在于，所述的锂硫离子膜中的一部分呈多孔状，与纤维素膜不接触。
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