CN207732002U - 一种高容量锂硫电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高容量锂硫电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；所述正极极片包括载体和负载在所述载体上的活性组分；所述载体包括导电网状交织层，及经物理气相沉积方法均匀沉积在所述导电网状交织层表面用于固定活性组分的修饰层；所述的导电网状交织层经静电纺丝工艺制备得到。本实用新型提供了一种高容量锂硫电池，通过在导电网状交织层表面沉积极薄修饰层作为正极材料的载体，可以有效地抑制正极活性组分的溶出以及在锂硫电极间的飞梭，并显著提高锂硫电池的容量及循环次数。

Description

一种高容量锂硫电池
技术领域
本实用新型涉及锂电池领域，具体涉及一种高容量锂硫电池。
背景技术
锂电池在智能手机、无人飞行器、混合电动汽车有着广泛的应用，但随着社会的发展，传统的锂离子电池已经难以满足需求。单质硫有着很高的体积能量密度(2.8kWh L-1)与质量能量密度(2.5kWh kg-1)，并且在自然界储量丰富，价格低廉。以锂金属做负极，硫做正极的锂硫电池具有很高的理论容量(1675mAh g-1)，是理想的下一代二次电池。
在锂硫电池中，由于硫以及其还原产物都是电子和离子绝缘体，所以电子和离子在正极传输困难。同时不稳定的硫与锂反应生成的多硫化锂会从正极载体上脱落，溶于电解液中，导致正极活性物质减少，容量急速下降以及低的库伦效率。同时，多硫化锂的溶解还会增加电解液粘性，减小离子导电率，这些问题都限制了锂硫电池的发展。所以如何固硫，解决多硫化锂溶出导致的问题，增加循环稳定性，就成为了锂硫电池研发的重要课题。
通过对正极材料的改性，增加多硫化物与负极材料的相互作用，可以抑制多硫化锂的溶出，增加循环稳定性。之前的研究多局限于可传导的基体，如氧化石墨烯、聚合物、双官能团的粘合剂。
上述的可传导的基体一方面有利于电子的传输，另一方面还并且可以促进不导电的硫发生氧化还原反应。但是不能有效抑制多硫化锂的溶出以及多硫化锂的飞梭效应。
实用新型内容
本实用新型提供了一种高容量锂硫电池，通过在导电网状交织层表面沉积极薄的修饰层作为正极材料的载体，可以有效地抑制正极活性组分的溶出以及在锂硫电极间的飞梭，并显著提高锂硫电池的容量及循环次数。
具体技术方案如下：
一种高容量锂硫电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；
所述正极极片包括载体和负载在所述载体上的活性组分；
所述载体包括导电网状交织层，
及经物理气相沉积方法均匀沉积在所述导电网状交织层表面用于固定活性组分的修饰层；
所述的导电网状交织层经静电纺丝工艺制备得到。
作为优选，所述导电网状交织层的厚度为0.5～1.5mm，成分为碳纳米纤维、碳纳米管或石墨烯。
进一步优选，所述的导电网状交织层为碳纳米纤维网状交织层，由直径为100～300nm，长度为10～50μm的碳纳米纤维交错分布得到，平均孔径为0.5～1μm，孔隙率为70～95％。
作为优选，所述修饰层的厚度为10～100nm，成分为氟化锂、氟化铁、氟化钛、氯化钠、氯化锂、氯化铁、氯化铬、氟化钠、氯化铟、氯化银、氯化铜、氯化钴、氯化铋、氯化铂、氯化钾、氯化铌、氯化锰、氯化镉、氯化汞、氯化钙或氯化镁。
进一步优选，所述修饰层为氯化镁层、氯化钙层或氯化铟层。
作为优选，所述的负极极片为锂片，厚度为0.5～1.5mm。。
作为优选，所述的活性组分为单质S或Li2S8。
最优选，所述的负极极片为厚度为0.7～0.9mm的锂片；
所述的载体包括厚度为0.7～0.9mm的碳纳米纤维网状交织层，以及沉积在所述碳纳米纤维网状交织层表面的厚度为40～50nm的氯化铟层。
制备得到的锂硫电池对多硫化锂的溶出以及在锂硫电极间的飞梭的抑制效果最佳，容量及循环次数最高。
与现有技术相比，本实用新型具有以下突出优势：
本实用新型提供了一种新型结构的锂硫电池，通过物理气相沉积的方式在导电网状交织层上均匀沉积极薄的修饰层，并以其作为正极材料的活性组分的载体，导电网状交织层保证了正极材料优异的导电性能，修饰层的存在起到固定活性组分的作用，因此可以有效地抑制多硫化锂的溶出以及在锂硫电极间的飞梭，制备的锂硫电池的容量及循环次数得到了显著提高。
附图说明
图1为本实用新型锂硫电池的结构示意图；
图2为本实用新型锂硫电池正极极片的结构示意图；
图3为本实用新型锂硫电池的电性能；
图中，1-负极极片，2-隔膜，3-正极极片，31-碳纳米纤维，32-修饰层， 33-活性组分。
具体实施方式
以下的实施例将对本实用新型进行更为全面的描述。
实施例
本实用新型的锂硫电池包括负极极片1、正极极片3和用于隔离负极极片1和正极极片3的隔膜2；其中，正极极片3包括载体和负载在载体上的活性组分33，载体又包括由碳纳米纤维31交错分布组成的导电网状交织层和经物理气相沉积方法均匀沉积在导电网状交织层表面的修饰层 32。
本实施例中，以厚度为0.7mm的锂片作为负极极片，以PP/PE/PP作为隔膜，正极极片中的载体包括碳纳米纤维网状交织层和碳纳米纤维网状交织层表面均匀沉积的厚度为40nm氯化铟层，以Li2S8为活性组分，均匀负载于载体表面。
该碳纳米纤维网状交织层经静电纺丝工艺制备得到，厚度为0.7mm，是由直径为200nm，长度为30μm的碳纳米纤维交错分布得到，平均孔径为0.8～1μm，孔隙率为80～95％。
该锂硫电池的装配工艺如下：
在锂片的一侧滴加电解液(1M LiTFSI和1％LiNO3添加剂的DOL/DME电解液)，放置隔膜，继续滴加电解液；隔膜两侧滴加的电解液均会吸附于隔膜内形成电解液层。再放置上述的正极极片；最后使用 2032型号的纽扣电池在氩气保护的手套箱中进行封装。
该锂金属电池在恒电流测试的电压范围为1.8～2.6V(vs.Li+/Li)。性能参见图3。

Claims (8)

1.一种高容量锂硫电池，包括负极极片、正极极片和用于隔离所述负极极片和所述正极极片的隔膜；
所述正极极片包括载体和负载在所述载体上的活性组分；
其特征在于：
所述载体包括导电网状交织层，
及经物理气相沉积方法均匀沉积在所述导电网状交织层表面用于固定活性组分的修饰层；
所述的导电网状交织层经静电纺丝工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述导电网状交织层的厚度为0.5～1.5mm，成分为碳纳米纤维、碳纳米管或石墨烯。
3.根据权利要求1所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述导电网状交织层为碳纳米纤维网状交织层，由直径为100～300nm，长度为10～50μm的碳纳米纤维交错分布得到，平均孔径为0.5～1μm，孔隙率为70～95％。
4.根据权利要求1所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述修饰层的厚度为10～100nm，成分为氟化锂、氟化铁、氟化钛、氯化钠、氯化锂、氯化铁、氯化铬、氟化钠、氯化铟、氯化银、氯化铜、氯化钴、氯化铋、氯化铂、氯化钾、氯化铌、氯化锰、氯化镉、氯化汞、氯化钙或氯化镁。
5.根据权利要求4所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述修饰层为氯化镁层、氯化钙层或氯化铟层。
6.根据权利要求1所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述的负极极片为锂片，厚度为0.5～1.5mm。
7.根据权利要求1所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述的活性组分为单质S或Li2S8。
8.根据权利要求1～7任一权利要求所述的高容量锂硫电池，其特征在于，所述的负极极片为厚度为0.7～0.9mm的锂片；
所述的载体包括厚度为0.7～0.9mm的碳纳米纤维网状交织层，以及沉积在所述碳纳米纤维网状交织层表面的厚度为40～50nm的氯化铟层。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109103418A (zh) * 2018-08-23 2018-12-28 宁德新能源科技有限公司 电极及包含所述电极的电池
CN110993892A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 中南大学 一种柔性锂金属负极骨架材料及其制备方法和应用
CN111755754A (zh) * 2020-08-13 2020-10-09 中南大学 一种锂硫电池及其电解液

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