CN106410262A - 一种高电压高容量锂硫电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；其中，正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为5‑8mm，负极包括锂金属和骨架材料两相结构，锂金属的含量为10‑80wt.％，骨架材料为导电材料或绝缘材料，电解液为锂盐和有机溶剂的混合。该电池安全性能好，循环稳定性佳，耐压高，容量大。

Description

一种高电压高容量锂硫电池
技术领域：
本发明涉及锂离子电池领域，具体的涉及一种高电压高容量锂硫电池。
背景技术：
当今市场上快速发展的电动汽车产业、太阳能、风能等的储能行业、航空航天储能产业，都对现阶段的电池提出了更高的要求。常规的锂离子电池经过多年的发展具有循环寿命长、工艺成熟、环境友好等优点，但仍不能满足日益增长的比容量要求。为了开发高比容量电池，上世纪60年代，通用汽车公司提出以硫为正极的锂硫电池体系.该体系的理论比容量为1680mA h·g-1，理论能量密度为2600Wh·l-1，且清洁绿色、无毒廉价，在理论上更加能够满足市场对高比容量和高能量密度的需要。
Li-S二次电池有着很多优势，同时也存在着亟待优化与解决的不足，这些不足限制了其进一步的发展与应用。由于电池负极由金属锂构成，在充电过程中极易在负极处发生电镀沉积，形成所谓的枝晶化金属锂，积累效应会使得枝晶锂穿过隔膜与电解液进而与正极接触造成电池内部短路，这是造成Li-S二次电池循环性能差的一个重要原因。由于飞梭效应的存在，锂负极会生成不溶产物二硫化锂(Li2S2)和Li2S，其会沉积在负极表面，一方面造成锂负极性能恶化，另一方面造成正极损失，电池容量的不可逆损失，即造成循环性能的下降。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高电压高容量锂硫电池，该电池循环性能优异，稳定性好，耐压高，容量大，安全环保。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高电压高容量锂硫电池，电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；其中，正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为5-8mm，负极包括锂金属和骨架材料两相结构，锂金属的含量为10-80wt.％，骨架材料为导电材料或绝缘材料，电解液为锂盐和有机溶剂的混合。
作为上述技术方案的优选，所述超厚硫电极中的活性材料为碳硫复合物。
作为上述技术方案的优选，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为100-170℃，烧结时间为50-200min。
作为上述技术方案的优选，所述导电材料为炭黑、富勒烯，石墨烯、碳纳米管、模板碳、大孔碳、中空碳球、活性炭、泡沫碳、泡沫铜和泡沫镍中的一种。
作为上述技术方案的优选，所述绝缘材料为玻璃纤维、聚酰亚胺、聚苯胺、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚乳酸、聚己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚乳酸乙醇酸中的一种。
作为上述技术方案的优选，所述负极是将固态金属锂熔化成液态或气化成气态，然后与骨架材料混合形成。
作为上述技术方案的优选，所述锂盐为LiPF6。
作为上述技术方案的优选，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二丙酯、乙二醇二甲醚、四甘醇二甲醚、咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体中的一种或多种混合。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的锂硫电池中的负极机械性能好，可以有效抑制枝晶生长，缓解在脱嵌锂过程中电极的体积膨胀，从而提高了电池的安全性能和循环寿命；
且本发明提供的锂硫电池耐压高，容量大，能量密度高，安全环保。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为5mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为100℃，烧结时间为50min；负极是将固态金属锂熔化成液态，然后和炭黑混合形成，锂金属的含量为10wt.％，电解液为LiPF6和碳酸二甲酯的混合。
实施例2
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为8mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为170℃，烧结时间为200min；负极是将固态金属锂气化成气态，然后和碳纳米管混合形成，锂金属的含量为80wt.％，电解液为LiPF6和碳酸二乙酯的混合。
实施例3
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为6mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为110℃，烧结时间为80min；负极是将固态金属锂熔化成液态，然后和玻璃纤维混合形成，锂金属的含量为30wt.％，电解液为LiPF6和碳酸甲乙酯的混合。
实施例4
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为6mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为120℃，烧结时间为110min；负极是将固态金属锂熔化成液态，然后和醋酸纤维素混合形成，锂金属的含量为50wt.％，电解液为LiPF6和四甘醇二甲醚的混合。
实施例5
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为7mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为140℃，烧结时间为140min；负极是将固态金属锂气化成气态，然后和聚三亚甲基碳酸酯混合形成，锂金属的含量为60wt.％，电解液为LiPF6和咪唑类离子液体的混合。
实施例6
一种高电压高容量锂硫电池，包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为7mm，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为150℃，烧结时间为170min；负极是将固态金属锂气化成气态，然后和聚乳酸乙醇酸混合形成，锂金属的含量为70wt.％，电解液为LiPF6和季铵盐类离子液体的混合。

Claims (8)

1.一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解液；其中，正极为通过烧结工艺制备的超厚硫电极，厚度为5-8mm，负极包括锂金属和骨架材料两相结构，锂金属的含量为10-80wt.％，骨架材料为导电材料或绝缘材料，电解液为锂盐和有机溶剂的混合。
2.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述超厚硫电极中的活性材料为碳硫复合物。
3.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述烧结工艺的条件为：烧结温度区温度为100-170℃，烧结时间为50-200min。
4.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述导电材料为炭黑、富勒烯，石墨烯、碳纳米管、模板碳、大孔碳、中空碳球、活性炭、泡沫碳、泡沫铜和泡沫镍中的一种。
5.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述绝缘材料为玻璃纤维、聚酰亚胺、聚苯胺、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚乳酸、聚己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚乳酸乙醇酸中的一种。
6.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述负极是将固态金属锂熔化成液态或气化成气态，然后与骨架材料混合形成。
7.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述锂盐为LiPF6。
8.如权利要求1所述的一种高电压高容量锂硫电池，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二丙酯、乙二醇二甲醚、四甘醇二甲醚、咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体中的一种或多种混合。
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