[发明专利]一种新型锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一种锂离子电池。

背景技术

与传统的铅酸电池、镍镉、镍氢二次电池相比，锂离子电池具有能量密度大，开路电压高，循环寿命长，污染少，以及自放电率低等特点，已经广泛应用于小型移动式电子设备中。目前商品化的锂离子电池负极多采用石墨类碳作为活性材料。然而，由于石墨的嵌锂电压平台非常接近金属锂，所以在快速充电或低温充电过程中易发生“析锂”现象，存在安全隐患；而且，石墨与溶剂的相容性较差，在常用的含碳酸丙烯酯的低温电解液中易发生剥离，造成容量不断衰减。

为了克服碳负极材料的以上缺点，TiO₂、Li₄Ti₅O₁₂等具有较高脱嵌锂电压平台的负极材料逐渐引起了人们的关注，TiO₂的嵌锂电位在1.5-2.0V之间，Li₄Ti₅O₁₂的嵌锂电位在1.55V，所以其表面不易形成SEI膜，且没有金属锂析出，可以很大程度上提高电池体系的安全性能。但是，Li₄Ti₅O₁₂的理论比容量为175mA h/g，TiO₂的可逆比容量一般为160-200mA h/g，比容量均低于碳材料的比容量(372mA h/g)，导致组装的全电池比容量降低，从而降低了电池体系的能量密度，迫切需要开发脱嵌锂电位高（大于1V，安全性好）的高容量负极材料，以提高锂离子电池的能量密度，以满足不断使用要求。

20世纪60年代，金属锂二次电池中的锂硫电池（能量密度约2600W h kg^-1）引起了研究者的广泛关注，其理论能量密度远高于钴酸锂/碳体系锂离子电池（387W hkg^–1）的能量密度。在锂硫电池中，采用单质硫为正极或阴极（电压平台为1.7-2.4V，理论比容量为1675mA h g^-1），金属锂（理论比容量为3860mA h g^-1）为负极或阳极，通过硫与锂之间的双电子电化学反应实现化学能和电能间相互转换。尽管锂硫电池具有很高的能量密度，但以金属锂作为电极存在诸多的问题，如，锂电极的充放电效率低，循环性能差；锂负极在充放电过程易形成枝晶，枝晶可能会刺穿电池隔膜，使正负极接触短路，带来严重的安全隐患；另外，在锂硫电池中常使用一些易溶解多硫化物的电解液（如DOL/DME等醚类溶剂）以提高硫的利用率，但多硫化物易与金属锂反应，造成金属锂缓慢且不可逆的溶解（表面腐蚀），使电池性能不断下降。尤其是在1989年出现的金属锂二次电池着火事件，结束了以金属锂为负极或阳极的金属锂二次电池的产业化生产[Dominey,L.A.In Nonaqueous Electrochemistry;Aurbach,D.,Ed.;Marcel-Dekker:New York,1999;Chapter8]。近年来，随着二次电池应用领域的不断拓宽，高比能锂硫电池的研究又迎来了新的热潮。例如，韩国三星SDI株式会社的专利申请CN1427494A中公开了一种锂硫电池，其中，采用硫/多孔导电复合材料作为锂硫电池的阴极(正极)，以金属锂作为锂硫电池的阳极(负极)，这种传统意义的锂硫电池结构形式仍无法避免采用金属锂作为阳极(负极)存在的问题。

对于锂离子电池和锂硫电池存在的以上问题，随着二次电池应用领域从小型移动电子设备向电动汽车、电网储能等领域的不断拓宽，迫切需要发展安全性好的高能量密度锂离子电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池。

本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包含正极、负极和电解质，其特征在于，以硫基材料作为负极活性物质。硫基材料至少选自：单质硫及其复合物，有机硫及其复合物，Li₂S_n(n≥1)及其复合物。

其中，单质硫及其复合物包括硫/金属氧化物复合物、硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物。

所述金属氧化物至少选自氧化铁、氧化钒、氧化钛、氧化锡、氧化钼中的一种或多种。

所述的硫/碳复合物至少包括：硫/多孔碳复合物，硫/碳纳米管复合物，硫/石墨烯复合物，硫/碳黑复合物，硫/石墨复合物，硫/中间相碳微球复合物。多孔碳可选自含有大孔、介孔、微孔中至少一种的碳材料。碳黑选自乙炔黑、科琴黑中的一种或多种。石墨选自天然石墨、人工石墨、改性石墨中的一种或多种。