[发明专利]一种锂硫电池裸电芯、成品电芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池及其制备方法。

背景技术

自从1991年，碳材料创造性的运用于锂离子电池领域，并带来该领域革命性的变化，即高效而安全的进行多次充放电后，其便被广泛的运用于手机、便携式电脑、电动车、数码相机、I-pad等便携式电子产品中。但是，随着人们对这些便携式生活要求的提高，传统锂电池已经不能满足人类的需求。因而，具有高比能、高安全性、高使用寿命及低成本的下一代锂电池被寄予厚望。

新的阴极材料开发是提高电池比能量的关键：硫阴极具有1675mAh/g的理论比容量和2600Wh/Kg的能量密度，是目前商用过渡金属氧化物阴极理论比容量和比能量的十倍，并且硫在自然界中含量丰富、价格低廉、对环境安全友好，因此硫阴极成为最具有发展前景的锂电阴极材料之一。然而，由于硫作为阴极材料，其本身并不含有锂离子，因此要组装成全电池，往往就需要采用其他技术手段为整个电池体系提供锂源；现有的主要技术方案为使用金属锂作为锂硫电池的阳极材料。

然而，金属锂作为锂硫电池的阳极材料具有明显缺陷：首先，由于金属锂的费米能级较低，因此金属锂对电解液是不稳定的，它们之间形成的SEI膜是不稳定的，并且会在循环过程中被消耗，这样会造成电解液和锂阳极的损耗。其次，金属锂作为阳极，在电池长期的充放电过程中，锂的不均匀沉积造成了锂支晶的生长，锂支晶的持续生长有可能会刺破隔膜，导致安全性的问题。最后，对于锂硫电池，由于电池电化学反应的中间产物多硫化锂会溶解在电解液中，它们迁移至锂阳极并与其发生反应生成不可溶且绝缘的硫化锂，硫化锂的生成不仅会造成活性物质的损耗，造成电池容量衰减，而且会提高电池的极化，同时充电过程中多硫化锂与硫化锂之间的正负反应同时发生，降低电池的库伦效率。

针对锂硫电池锂阳极的以上问题，确有必要开发一种新的体系，既能解决锂硫电池硫阴极不能提供锂源、锂金属阳极电化学性能/安全性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种新的锂硫电池及该锂硫电池的制备方法：该锂硫电池可以同时使用贫锂含硫阴极材料和贫锂阳极嵌锂材料，但整个电池体系中，提供了采用补锂技术对贫锂阳极进行补锂；此时，贫锂阳极解决了锂阳极的电化学性能/安全性能差的问题，补锂技术为整个电池体系提供了锂源，因此制备得到的锂硫电池具有更好的循环性能和安全性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池裸电芯，其特征在于，主要由以下部件组装而成：

阴极：由阴极集流体和阴极涂敷层组成，阴极涂敷层中的阴极活性物质至少含有单质硫、硫基化合物和硫复合物中的一种；

阳极：由阳极集流体和阳极涂敷层组成，阳极涂敷层中活性物质为贫锂物质；

隔离膜：具有电子绝缘、离子导通功能的组件；

所述阳极涂敷层表面设置有富锂物质层。

所述阴极活性物质中的硫单质包括升华硫和/或高纯硫；硫基化合物包括有机硫化物、Li2Sn（n≥1）和碳硫聚合物(C₂S_v)_m中的至少一种；所述硫复合物包括硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物和硫/无机氧化物中的至少一种；所述阴极活性物质占整个阴极涂敷层的质量为2%-99wt%。

所述阳极贫锂物质包括碳类材料、合金类材料、金属氧化物系列、金属氮化物和碳化合物中的至少一种。

所述电子绝缘、离子导通功能的组件为聚合物隔膜、表面处理聚合物隔膜、无纺布隔膜或表面处理无纺布隔膜。

所述阳极涂敷层表面设置的富锂物质层复合或粘贴于所述阳极涂敷层表面。

所述富锂物质层由金属锂、金属锂混合物和富锂化合物中的至少一种组成。