CN207097947U - 锂硫电池 - Google Patents

锂硫电池 Download PDF

Info

Publication number
CN207097947U
CN207097947U CN201721001391.4U CN201721001391U CN207097947U CN 207097947 U CN207097947 U CN 207097947U CN 201721001391 U CN201721001391 U CN 201721001391U CN 207097947 U CN207097947 U CN 207097947U
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium
ultra
band
thin
collector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201721001391.4U
Other languages
English (en)
Inventor
郇庆娜
陈强
牟瀚波
贾振勇
刘慧芳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TIANJIN CHINA ENERGY LITHIUM CO Ltd
Original Assignee
TIANJIN CHINA ENERGY LITHIUM CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TIANJIN CHINA ENERGY LITHIUM CO Ltd filed Critical TIANJIN CHINA ENERGY LITHIUM CO Ltd
Priority to CN201721001391.4U priority Critical patent/CN207097947U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN207097947U publication Critical patent/CN207097947U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

提供了一种锂硫电池，所述锂硫电池的负极由复合锂带构成，复合锂带具有超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体表面的一体化结构，超薄锂带或超薄锂合金带的厚度范围为0.020～0.15mm。

Description

锂硫电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种实用化的锂硫电池。
背景技术
近年来，随着智能手机、平板电脑、电动汽车等电器产品对高能量密度化学电源的需求，以及石油煤炭资源的不可再生及燃烧化石资源对环境的污染，高能量密度的二次电池成为研究的热点。目前以石墨为负极，磷酸铁锂、钴酸锂、三元材料等为正极的二次电池的比能量发展空间有限，几乎达到极限值。锂二次电池中，金属锂具有最负的电极电位(-3.045V)和最高的比容量(3860mAh/g)，能满足电极材料高比能量的要求。负极材料选用金属锂，能够提供锂离子，正极材料可以使用比容量更高不含锂元素的材料，例如：硫、空气等。作为硫正极材料，理论比容量为1675mAh/g。以金属锂为负极、单质硫为正极的锂硫电池的理论比能量可以达到2600Wh/kg，比现在商用电池比能量高很多，此外，硫资源具有储量丰富，环境友好、价格低廉等优势。因此，目前很多科研院所和电池企业已转向高比能量的锂/硫电池体系的研究。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种结构简单、制备工艺简单的锂硫电池。
本实用新型的上述目的可以通过以下技术方案实现。
根据本实用新型的一个方面，提供一种锂硫电池，所述锂硫电池的负极由复合锂带构成，所述复合锂带具有超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体表面的一体化结构，所述超薄锂带或超薄锂合金带的厚度范围为0.020～0.15mm。
本实用新型可以具有以下技术效果中的至少一种：
(1)复合锂带或锂合金带兼具电极材料层和集流体的功能，可以直接做锂硫电池的负极使用，因此简化了制备电池工艺。鉴于锂带产品的特性比较怕水，必须在干燥车间或手套箱操作，所以使用锂带产品操作步骤或工艺越简单越好。
(2)复合锂带的制备工艺简单，通过辊压的技术即可将集流体和超薄带复合到一起，目前可以大批量规模化生产，有利于锂硫电池的产业化应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本实用新型的一个实施方案的双面复合的复合锂带正视图。
图2为图1的复合锂带的侧视图。
图3是根据本实用新型的一个实施方案的单面复合的复合锂带正视图。
图4为图3的复合锂带的侧视图。
图5是根据本实用新型的一个实施方案的边缘复合的复合锂带正视图。
图6为图5的复合锂带的侧视图。
图7为本实用新型实施例1中制备的锂硫电池的放电容量的保持曲线。
图8为本实用新型实施例2中制备的锂硫电池的放电容量的保持曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一些具体实施方式进行描述。应当理解，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，本领域技术人员能够根据本公开的教导设想其他各种实施方案并能够对其进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
图1显示了根据本实用新型的一个实施方案的双面复合的复合锂带正视图。图1中，1是集流体，2是超薄锂带或超薄锂合金带。a，c是集流体边缘留白的部分(没有覆盖锂带或锂合金带的部分)，集流体留白的区域可以连续化裁成极耳待用，a，c的宽度可以为0～50mm。b是超薄锂带或锂合金带2的宽度，可以为3～400mm。图2为图1的复合锂带的侧视图，显示集流体1的双面均复合超薄锂带或超薄锂合金带2。超薄锂带或锂合金带2的厚度可以为0.020～0.15mm，优选0.020～0.10mm。
图3和图4显示了复合锂带的另一种形式——单面复合的复合锂带。图3和4中，超薄锂带或锂合金带2复合于集流体1的单面。图3中的e，g是集流体边缘留白的部分，宽度可以为0～50mm。f是超薄锂带或锂合金带2的宽度，可以为3～400mm。
除了超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体的表面内(超薄锂带或超薄锂合金带的宽度小于等于集流体的宽度)外，超薄锂带或超薄锂合金带还可以以边缘复合方式与集流体复合，即，超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体的边缘，如图5和6所示。图5中，i是超薄锂带或锂合金带2的宽度，j是集流体1的宽度，h是集流体和超薄锂带或锂合金带复合的部分，复合部分h的宽度可以为2～30mm，外留的集流体宽度可以为10～30mm，外留的集流体部分可以根据做电池的需要连续化切出极耳。采用这种方式，可以减小用作集流体的材料(例如铜箔)的用量，从而实现电池总重量的轻量化，提高单位质量的能量密度。
可用于本实用新型的超薄锂合金带由金属锂和至少一种其他元素构成，所述其他元素包括：镁、硼、铝、硅、铟、锌、银、钙、锰元素。例如，锂合金带可以包括金属锂与一种其他元素形成的二元合金，或者金属锂与两种以上其他元素形成的多元合金。所述的至少一种其他元素在锂合金带中的质量含量可以为0.1％～40％，优选1％～20％。
可用于本实用新型的集流体包括金属箔或多孔的金属材料构成。金属箔可以包括铜箔、镍箔等。金属箔，例如铜箔的厚度可以为5～10微米。多孔的金属材料可以包括泡沫金属、冲孔金属和金属网等。泡沫金属可以包括泡沫铜、泡沫镍等，厚度可以为0.1～0.5mm。
本实用新型中，超薄锂带或超薄锂合金带可以以压力复合方式复合于集流体，例如，通过辊压技术，在集流体上单面或双面复合上超薄锂带或锂合金带。为了避免超薄锂带或锂合金带在辊压过程中表面受损，在辊压之前，在超薄锂带或锂合金带的一面需要覆盖保护膜，辊压时，保护膜对超薄锂带或锂合金带表面进行保护，得到复合锂带或复合锂合金带。借助于保护膜的保护，可以实现自动成卷生产，也可以进行小批量成片生产，能够极大地提高生产效率，很好地保证产品质量。
保护膜可以是选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、尼龙膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、聚对苯二甲酸酯膜和聚酰亚胺膜的膜材料，也可以由选自白油和润滑油的油类物质形成保护膜。
如上制备的复合锂带可以直接用作锂硫电池的负极。
锂硫电池包括硫正极、锂负极和位于正负极之间的电解液。硫正极可以包括单质硫及单质硫和无机碳材料或有机材料的复合材料作为活性电极材料。所用的无机碳材料可以包括碳纳米管、碳气凝胶、石墨烯和活性炭中的至少一种；所用的有机材料可以包括聚丙烯腈(PAN)、聚苯胺(PANI)等。当采用单质硫和无机碳材料或有机材料形成复合材料时，单质硫的含量以质量计可以为50-95％。
可用于锂硫电池的电解液可以包括酯类、醚类或离子液体等。例如：酯类包括碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸二乙酯等；醚类包括1，3-二氧戊环(DOL)，乙二醇二甲醚(DME)等；离子液体包括：哌啶类、吡咯类或季铵盐类的阳离子与亚胺阴离子(TFSI-)形成的离子液体等。
实施例
以下，通过实施例更详细地描述本实用新型，但这些实施例仅是示例性的，而不应理解为对本实用新型范围的限制。
实施例1
按照一定2:1的比例称取单质硫(Aldrich试剂有限公司，下同)和多壁碳纳米管(山东大展纳米有限公司)，球磨(球料比2:1，转速500转/分，时间6小时，溶剂为无水乙醇)，之后将球磨料管式炉中烧结(氩气气氛，100℃，5小时)，制备得到硫碳复合材料。按照硫碳复合材料：活性炭(深圳市科晶智达科技有限公司，下同)：PVDF(聚偏氟乙烯，浙江孚诺林化工新材料有限公司)＝8:1:1的比例(质量比)混合，溶剂NMP，搅拌均匀，将浆料涂布到10微米的铝箔上，在真空干燥箱60℃干燥24小时备用。
将硫碳正极极片冲成直径15毫米的圆片作为模拟扣式电池正极，电解液使用1mol/L LiTFSI(双三氟甲基磺酰亚胺锂，盐城新材料研发中心)，DOL:DME＝1:1(体积比，DOL：1，3-二氧戊环，DME：乙二醇二甲醚，下同，东莞杉杉电池材料有限公司)，加入0.2mol/LLiNO3(山东西亚化学工业有限公司)添加剂，隔膜为PP隔膜(深圳市科晶智达科技有限公司Celgard 2400，下同)，负极为铜箔(8微米厚，灵宝华鑫铜箔有限责任公司)双面复锂的产品，单面锂带的厚度是50微米。电化学性能的测试条件：充放电的电压范围：1.5-2.8V，0.2C恒流充放电。图7为该电池放电容量的保持曲线，20次循环后其比容量值为834mAh/g，为初始容量的79.8％。
实施例2：
按照单质硫：PANI(聚苯胺，百灵威科技有限公司)＝5:5的质量比例称取各物质，氩气气氛下，管式炉中140℃煅烧5小时，所得即是PANI/S复合材料。按照PANI/S：乙炔黑((阿法埃莎天津化学有限公司)：PVDF＝8:1:1的比例(质量比)混合，溶剂NMP，搅拌均匀，将浆料涂布到10微米厚的铝箔上，在真空干燥箱60℃干燥24小时备用。
将PANI/S正极极片冲成直径15毫米的圆片作为模拟扣式电池的正极，电解液选用1mol/L LiTFSI，DOL:DME＝1:1(体积比)，加入0.1mol/L LiNO3添加剂，隔膜为PP隔膜，负极选用冲孔的铜箔(8微米厚)双面复锂的产品，单面锂带厚度是60微米，电化学性能测试的条件：充放电的电压范围：1.5-2.8V，0.2C恒流充放电。图8为该电池放电容量的保持曲线，20次循环后其容量值为838mAh/g，为初始容量的84％。

Claims (4)

1.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池的负极由复合锂带构成，所述复合锂带具有超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体表面的一体化结构，所述超薄锂带或超薄锂合金带的厚度范围为0.020～0.15mm。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述超薄锂带或超薄锂合金带复合于所述集流体的单面或双面上。
3.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于，所述超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体的表面内，超薄锂带或超薄锂合金带的宽度小于等于集流体的宽度。
4.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于，所述超薄锂带或超薄锂合金带复合于集流体的边缘，复合部分的宽度为2～30mm，未复合的集流体的宽度为10～30mm。
CN201721001391.4U 2017-08-11 2017-08-11 锂硫电池 Active CN207097947U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201721001391.4U CN207097947U (zh) 2017-08-11 2017-08-11 锂硫电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201721001391.4U CN207097947U (zh) 2017-08-11 2017-08-11 锂硫电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN207097947U true CN207097947U (zh) 2018-03-13

Family

ID=61540942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201721001391.4U Active CN207097947U (zh) 2017-08-11 2017-08-11 锂硫电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN207097947U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020007130A1 (zh) * 2018-07-06 2020-01-09 珠海冠宇电池有限公司 一种锂电池负极片及锂电池
CN113258127A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 浙江大学 一种集流体-负极一体化的双极型锂二次电池及其方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020007130A1 (zh) * 2018-07-06 2020-01-09 珠海冠宇电池有限公司 一种锂电池负极片及锂电池
CN113258127A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 浙江大学 一种集流体-负极一体化的双极型锂二次电池及其方法
CN113258127B (zh) * 2021-05-31 2023-09-15 浙江大学 一种集流体-负极一体化的双极型锂二次电池及其方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107221716B (zh) 一种可充电水系锌离子电池
CN102945947B (zh) 柔性无粘结剂自支撑复合电极的制备方法
CN106299314B (zh) 一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池
CN104993125B (zh) 一种锂离子电池负极材料Fe3O4/Ni/C的制备方法
CN103219491B (zh) 一种硫化铜正极及其制备方法
CN106129455A (zh) 锂硫电池
CN102104140A (zh) 动力电池电极及其制备方法
CN104600251A (zh) 一种锂硫电池正极及其制备方法
CN103700808A (zh) 一种锂离子电池复合负极极片、制备方法及锂离子电池
CN109256543A (zh) 一种改性镍钴锰铝酸锂正极材料及其制备方法
CN104538207A (zh) 铌酸钛/碳纳米管复合材料的制备方法及以该材料为负极的锂离子电容器
Jiang et al. Recent advances and perspectives on prelithiation strategies for lithium-ion capacitors
CN111129428A (zh) 一种多层正极片电极结构及其制备方法、正负极电池结构
CN109802094A (zh) 一种低温磷酸铁锂电池及其制备方法
CN109817980B (zh) 二次电池电极活性材料的制备方法及含该材料的二次电池
WO2018059180A1 (zh) 一种高功率高能量化学电源及其制备方法
CN105390683A (zh) 一种锂离子电池硫基负极材料及其应用
CN104218216A (zh) 一种二硫化钼纳米复合负极材料、制备方法及其用途
CN107742701A (zh) 石墨烯‑二氧化钛气凝胶复合材料及其制备和应用
CN108400292A (zh) 一种铋单质纳米片复合电极的制备方法及其应用
CN112701253A (zh) 一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用
CN108199044A (zh) 一种二次电池及其制备方法
CN207097947U (zh) 锂硫电池
CN103474693A (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
CN106571463A (zh) 一种锂离子电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant