[发明专利]覆碳隔膜锂硫电池的制备方法在审

专利信息
申请号: 201410613399.0 申请日: 2014-11-04
公开(公告)号: CN105633471A 公开(公告)日: 2016-06-01
发明(设计)人: 陈振宇 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;H01M2/16
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: 隔膜 电池 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于锂硫电池技术领域,特别是涉及一种覆碳隔膜锂硫电池的制 备方法。

背景技术

在锂硫电池体系中,以金属锂为负极,单质硫为正极,理论比能量可达 到2600Wh/kg,远大于现代商业化的锂离子锂硫电池。此外单质硫也具有价 格低廉,环境友好的特性。因此,锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是 锂硫电池也存在着诸多的问题。其中最主要的是锂硫电池在充放电的过程当 中,硫的利用率低,循环过程中容量衰减快,导致这一问题的原因包括多个 方面,其中之一是单质硫为绝缘体,硫电极中活性物质活化难度大。而且, 单质硫在放电过程中,产生大量的中间产物,即多硫化物。多硫化物会溶解 于电解液当中,并离开原来的位置,随着单质硫的最终还原产物的析出,形 成大量的大颗粒,降低了还原产物氧化的可逆性。此外,多硫化物会扩散到 负极金属锂的表面,与金属锂发生还原反应,并返回正极,再发生氧化反应, 即“穿梭效应”。该效应不但降低锂硫电池的库伦效率,腐蚀金属锂负极,而 且会在金属锂表面生成大量绝缘的还原产物,导致锂硫电池的内阻增加。最 终降低了锂硫电池的放电比容量和循环寿命。

为提高锂硫电池的放电比容量和循环寿命,目前公开了在锂硫电池正负 极之间放置独立的碳膜夹层,即将碳材料和PTFE粘结剂混合并辊压成膜, 或者使用碳纤维布等材料,形成独立的具有自支撑能力的碳膜,该碳膜不仅 制备工艺复杂,且厚度大,重量高,锂硫电池装配过程难度大,降低了锂硫 电池的性能和应用潜力。

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一种工艺简单,碳膜厚度 薄、重量轻,电池装配过程方便,能够有效提升电池性能的一种覆碳隔膜锂 硫电池的制备方法。

本发明包括如下技术方案:

覆碳隔膜锂硫电池的制备方法,其特点是:包括以下制作步骤:

步骤1:制作覆碳隔膜

⑴按照碳材料的质量含量为50~99%的配比,将碳材料和粘结剂混合成 浆料;

⑵通过喷涂、刮刀涂覆、涂布辊或涂布刷方式之一种,在隔膜一面涂覆 步骤1制成的浆料,浆料的厚度1~100微米;

⑶将步骤2涂覆有浆料的隔膜烘干,隔膜一面附着一层碳膜,完成覆碳 隔膜的制作过程;

步骤2:装配锂硫电池

⑴包括将步骤1制成的覆碳隔膜置于硫正极片和金属锂负极之间,置入 锂硫电池壳体中;

⑵锂硫电池壳体中注入电解液,密封后完成本发明锂硫电池的制备过 程。

本发明还可以采用如下技术措施:

所述硫正极片和金属锂负极之间位于覆碳隔膜的碳膜面覆有一层隔膜。

所述硫正极片和金属锂负极之间覆碳隔膜上的碳膜与硫正极片上有正极 材料的一面贴在一起。

所述硫正极片上的正极材料包括质量比为8:1:1的S、SP、LA混合物或 质量比为9:1的S和LA混合物。

所述覆碳隔膜中的碳材料为活性炭、石墨烯、碳纳米管、科琴黑、Super-P、 乙炔黑、石墨之一种或一种以上的混合物。

所述覆碳隔膜中的粘结剂为用溶剂将溶质溶解成的溶液。

所述溶质为PVDF、PEO、PVDF-HFP、LA、PTFE之一种或一种以上的 混合物。

所述溶剂为NMP、水、乙醇、异丙醇、DMF中的一种或一种以上的混 合物。

所述隔膜为聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚丙烯- 甲基丙烯酸甲酯材料之一种构成的单层隔膜或一种以上材料构成的多层隔 膜。

所述多层隔膜包括聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯。

本发明具有的优点和积极效果:

1、本发明通过将碳材料涂覆在隔膜的一面,使得碳膜与隔膜成为一体, 形成一种覆碳隔膜,不仅简化了锂硫电池的制作工艺,大幅减小了锂硫电池 中碳膜的厚度,而且碳膜的厚度均匀,提升了锂硫电池的性能,降低了锂硫 电池的制作成本。

2、本发明制备的锂硫电池中的碳膜具有高孔隙率的特点,可以大量吸储 电解液,有利于硫和多硫化物的溶解,从而保证了锂硫电池中正极电极反应 的发生,进一步提升了锂硫电池的性能。

附图说明

图1是本发明制备的单片膈膜的覆碳隔膜锂硫电池内部结构示意图;

图2是本发明制备的双层膈膜的覆碳隔膜锂硫电池内部结构示意图;

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