[发明专利]锂硫二次电池的制备方法有效

专利信息
申请号: 201210404094.X 申请日: 2012-10-22
公开(公告)号: CN102956923A 公开(公告)日: 2013-03-06
发明(设计)人: 余劲鹏;丁飞;刘兴江 申请(专利权)人: 中国电子科技集团公司第十八研究所
主分类号: H01M10/058 分类号: H01M10/058;H01M10/052
代理公司: 天津市鼎和专利商标代理有限公司 12101 代理人: 李凤
地址: 300384 天津*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 二次 电池 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于锂硫二次电池体系技术领域,特别是涉及一种锂硫二次电池的制备方法。

背景技术

锂硫二次电池是指采用金属锂作为负极片,单质硫、硫基复合材料或有机硫化物(统称为含硫材料)等作为正极的可充电池。单质硫能与锂反应生成硫化锂(Li2S),此电化学反应以单质硫计算的理论容量高达1672mAh/g,并且单质硫价格低廉、安全无毒,是极具发展潜力的新型正极活性材料,具有高能量密度、长循环寿命、高安全性、低成本的锂硫二次电池代表了下一代电池的发展方向。但是锂硫二次电池在充放电过程中,由于硫电极中会有大量中间产物溶解于电解质中,它们在电解质中扩散,会在金属锂表面发生副反应,导致电池每周循环的库仑效率低(指电池放电容量与同循环过程中充电容量之比),从而极大阻碍了锂硫二次电池的应用。

经检索发现,公开号为CN 101587951A、名称为“一种用于锂-硫电池的新型碳硫复合物”的发明专利,通过以高孔容、高导电性、高比表面的大孔炭材料为基体,将硫以单质的形式填充进基体的纳米及微米级孔中,也可同时发生硫与碳的化合反应,制得硫在炭材料中以一种或一种以上化学状态存在的新型碳硫复合物,可提高锂硫二次电池的比能量、比功率和循环性能;另一公开号为CN 1838469A、名称为“锂-硫电池电解液及其可充锂-硫电池“的发明专利,此电解液是以一种或一种以上的季胺盐类离子液体为溶剂,以抑制电极反应的中间产物多硫化物在电解液中的溶解性,可提高Li-S电池的容量特性和循环寿命;还检索到一公开号为CN 102130364A、名称为“一种锂硫二次电池体系用凝胶型聚合物电解质及制备方法”的发明专利,由聚合物支撑体、离子液体、有机溶剂、混合锂盐以及二氧化硅粒子组成;其制备方法是将咪唑类离子液体、二氧化硅与复合锂盐在溶有高分子聚合物的碳酸酯类溶液中制成凝胶液,然后涂布,干燥,得到凝胶型聚合物电解质膜,可防止锂硫二次电池体系中硫化物在液态电解液中的溶解,离子导电率高,且不易燃、不泄露。

上述检索到相关锂硫二次电池的发明专利,各自解决了锂硫二次电池不同的问题,但普遍存在库仑效率低、副反应高导致缩短使用寿命,并且存在制作相对复杂和成本高的问题,使得锂硫二次电池难以形成大规模生产。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种锂硫二次电池的制备方法,使得制成的锂硫二次电池库伦效率高、副反应低、使用寿命长、制作简单、成本低,易于大规模生产。

本发明采取的技术方案是:

锂硫二次电池的制备方法,其特点是:包括以下制备步骤:

步骤⑴制备正极极片

将质量比为60-80:2-20:4-40的含硫材料、粘结剂、导电剂在有机溶液中混合均匀,形成固含量为15-40%的浆料状正极材料;将浆料状正极材料涂覆在正极集流体上,在真空干燥2-16小时后,压制成正极材料和正极集流体形成一体的正极极片;

步骤⑵制备电池内部结构

在步骤⑴中正极极片的正极材料上面依次放置纤维素膜、多孔隔膜和含锂负极片再压制成一体,作为电池内部结构;

步骤⑶制备锂硫二次电池

将步骤⑵制成的电池内部结构置入电池壳,注入电解液,密封焊接电池盖,制成本发明锂硫二次电池。

本发明还可以采用如下技术方案:

所述步骤⑵中的纤维素膜为硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜和再生纤维素膜之一种。

所述步骤⑴中含硫材料为单质硫S8、多硫化锂Li2Sn(1≤n≤8)、碳硫聚合物(C2Sxm(2.5≤x≤50,且m≥2)或硫基复合材料之一种;所述粘结剂为水性粘结剂或PVDF粘结剂;所述导电剂为SP导电剂或多壁碳纳米管导电剂;所述正极集流体为铝箔、铝网、包覆碳的铝箔、包覆碳的铝网、镍网、泡沫镍、不锈钢带、不锈钢网、包覆碳的不锈钢带或包覆碳的不锈钢网之一种。

所述多孔隔膜为聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯和聚乙烯的双层膜之一种;所述含锂负极片为金属锂片或锂硅合金片、锂锡合金片或锂铝合金片之一种;

所述硫基复合材料为单质硫与聚丙烯腈按质量比4-16:1混合后氮气保护下加热至250-400℃并保温1-16小时制成。

所述有机溶液NMP溶剂。

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