CN115579504A - 一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池及其应用 - Google Patents

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姜继成
周爱军
汪东煌
王欣
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Abstract

一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其结构由硫正极、电解液和负极构成。所述新型无锂金属负极的锂硫电池，包括两种电池结构，电池结构一为：由含有锂源的硫正极、电解液和负极组成；电池结构二为：由硫正极、电解液和含有锂源的负极组成。本发明的有益效果为：降低了制造成本，提高了电池安全性，更符合工业化生产和商业价值。

Description

一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池及其应用
技术领域
本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及新型无锂金属负极的锂硫电池及其应用。
背景技术
能源是社会发展的基础，二次电池在人类社会的发展中发挥了重要作用，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度得到了广泛应用。锂离子电池已大规模应用于便携式电子设备、电动摩托车和电动汽车。然而，锂离子电池发展至今其能量密度已达到上限，同时成本的下探空间也有限。为了提升锂离子电池能量密度和降低锂离子电池成本，急需开发新的锂离子电池体系。
近年来，对锂硫电池的研究日益充分，已经进入了产业化初期阶段。锂硫电池因其成本低、资源丰富、能量密度高，是具有较大产业化前景的电池体系。阻碍锂硫电池商业化的是锂金属负极材料的锂枝晶生长和锂金属和电解液之间持续的副反应，导致高能量密度锂硫电池循环寿命短，因此急需用其它负极替换锂硫电池中锂金属负极增加锂硫电池安全性和循环寿命。
发明内容
针对现有技术中所存在的缺点，本发明提供了一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池及其应用，能够消除锂金属负极造成的锂硫电池性能的迅速恶化。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其结构由硫正极、电解液和负极构成。
所述新型无锂金属负极的锂硫电池，包括两种电池结构，第一种结构为：由含有锂源的硫正极、电解液和负极组成；第二种结构为：由硫正极、电解液和含有锂源的负极组成；进一步地，硫正极由硫与碳材料和粘结剂经研磨混合均匀后涂覆在铝箔或碳布或碳纸或其它导电集流体上而形成；含有锂源的硫正极由硫与碳材料、粘结剂和锂源材料经研磨混合均匀后涂覆在铝箔、或碳布、或碳纸或其它导电集流体上而形成；电解液是三氟甲基磺酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂或六氟磷酸锂溶解在酯类或醚类或乙腈有机溶剂中而制成，其浓度为0.4-6.0mol/L；负极是由石墨、或硬碳或硅碳负极材料与粘结剂经研磨混合均匀涂覆在铜箔、或碳布、或碳纸或其它导电集流体上而形成；含有锂源的负极是由石墨、或硬碳或硅碳负极材料与粘结剂和锂源材料经研磨混合均匀后涂覆在铜箔或碳布或碳纸或其它导电集流体上而形成。
本发明的另一个目的在于提供一种无锂金属负极的锂硫电池及其应用。
本发明的有益效果为：无锂金属负极的锂硫电池循环性能更加稳定且更加安全。
附图说明
图1为具有结构一的无锂金属负极的锂硫电池的示意图；
图2为具有结构二的无锂金属负极的锂硫电池的示意图；
图3为含有Li3N的硫正极、电解液和负极组成的具有结构一的电池的首次充放电和循环性能
图4为含有Li2O的硫正极、电解液和负极组成的具有结构一的电池的首次充放电和循环性能
图5为硫正极、电解液和含有Li3N的硅碳负极组成的具有结构二的电池的首次充放电和循环性能
图6为硫正极、电解液和含有Li2C2O4的硅碳负极组成的具有结构二的电池的循环性能
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1：含有Li3N的硫正极、电解液和负极组成的具有结构一的电池制作
首先将硫、炭黑、Li3N和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铝箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得正极。
将石墨/硅复合物、炭黑、和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铜箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得负极。
将上述的正负极和相应的电解液组装成所需的无锂负极的锂硫电池。
在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图3。
实施例2：含有Li2O的硫正极、电解液和负极组成的具有结构一的电池制作
首先将硫、炭黑、Li2O和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铝箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得正极。
按照实施例1的方法制作负极。
将上述的正负极和相应的电解液组装成所需的无锂负极的锂硫电池。
在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图4。
实施例3：硫正极、电解液和含有Li3N的硅碳负极组成的具有结构二的电池制作
首先将硫、炭黑、和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铝箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得正极。
将石墨/硅复合物、炭黑、Li3N和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铜箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得负极。
将上述的正负极和相应的电解液组装成所需的无锂负极的锂硫电池。
在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图5。
实施例4：硫正极、电解液和含有Li2C2O4的硅碳负极组成的具有结构二的电池制作
首先将硫、炭黑、和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铝箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得正极。
将石墨/硅复合物、炭黑、Li2C2O4和PVDF以一定比例进行机械混合，然后加入适量的N-甲基吡咯烷酮，然后继续研磨直到形成均匀的浆料，将获得的浆料涂布到铜箔上，放入真空干燥箱干燥后，即得负极。
将上述的正负极和相应的电解液组装成所需的无锂负极的锂硫电池。
在本实施例中，将其装配成CR2032扣式电池，使用恒流充放电模式，在1C电流密度下进行充放电测试。测试条件为：放电截至电压为2.0V，充电截至电压为4.0V。其循环性能见图6。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：所述新型无锂金属负极的锂硫电池，包括两种电池结构，电池结构一为：由含有锂源的硫正极、电解液和负极组成；电池结构二为：由硫正极、电解液和含有锂源的负极组成。
2.如权利要求1所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：电池结构一包括：含有锂源的硫正极，其由硫与碳材料、粘结剂和锂源经研磨混合均匀后涂覆在铝箔、或碳布、或碳纸或其它导电集流体上而形成；电解液是三氟甲基磺酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂或六氟磷酸锂溶解在酯类或醚类或乙腈有机溶剂中而制成，其浓度为0.4-6.0mol/L；负极是由石墨、或硬碳或硅碳负极材料与粘结剂经研磨混合均匀涂覆在铜箔、或碳布、或碳纸或其它导电集流体上而形成。
3.如权利要求1所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：电池结构二包括：硫正极，其由硫与碳材料和粘结剂经研磨混合均匀后涂覆在铝箔或碳布或碳纸或其它导电集流体上而形成；电解液是三氟甲基磺酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂或六氟磷酸锂溶解在酯类或醚类或乙腈有机溶剂中而制成，其浓度为0.4-6.0mol/L；含有锂源的负极是由石墨、或硬碳或硅碳负极材料与粘结剂和锂源材料经研磨混合均匀后涂覆在铜箔或碳布或碳纸或其它导电集流体上而形成。
4.如权利要求2所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：硫正极中的锂源材料包括Li3N、Li2CO3、Li2O、LiFeO4、LiN3、Li2C4O4、Li2C2O4、Li2C3O5和Li2C4O6，硫正极中锂源材料的质量百分比在30％-80％之间。
5.如权利要求3所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：负极中的锂源材料包括Li3N、Li2CO3、Li2O、LiFeO4、LiN3、Li2C4O4、Li2C2O4、Li2C3O5和Li2C4O6，负极中的锂源物质的质量百分比在5％-60％。
6.如权利要求2或3所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其特征在于：醚类溶剂包括二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃和它们的混合物溶剂；酯类溶剂包括碳酸二甲脂、碳酸亚乙酯、碳酸二乙脂、碳酸丙烯脂、氟代碳酸乙烯酯以及它们的混合物。
7.如权利要求1所述的一种基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池，其电池形式可为圆柱电池或软包电池或方壳电池。
8.如权利要求1-5所述的基于补锂技术的无锂金属负极的锂硫电池在电动汽车、储能电站和储能装备中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118073522A (zh) * 2024-04-17 2024-05-24 蜂巢能源科技股份有限公司 一种过锂化无锂正极及其制备方法与应用

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