[发明专利]一种保护锂硫电池负极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池负极的保护方法，属于电化学领域。

背景技术

锂硫电池因其活性物质单质硫具有高比容量(1675mAh/g)和高比能量(2600Wh/kg)，并且单质硫资源丰富、成本低廉、环境友好、安全可靠等优点，拥有广阔的研究和应用背景。而锂负极作为锂硫电池中至关重要的组成部分，极大地影响着电池的电化学性能。锂是自然界中最轻的金属，电负性最低，相对标准氢电极电势为-3.045V，比容量为3860mAh/g，在理论上以金属锂为负极的电池可以成为更高能量密度的电池。但是锂负极在充放电过程中易产生锂枝晶，造成不可逆容量增加，循环性能下降，严重时枝晶会刺穿隔膜与正极直接接触导致电池内部短路，甚至发生起火或爆炸等安全事故。若能抑制循环时锂枝晶的生长，提高循环效率，锂硫二次电池将极具发展潜力。特别是常规能源日益匮乏的今天，开发高比能、高安全性、高使用寿命及低成本的二次电池可缓解能源短缺！

为了解决锂硫电池在循环过程中的锂枝晶生长及循环性能等问题，以提高锂硫电池的安全性和循环寿命，对锂负极进行保护成为研究的热点。因此，国内外许多课题组都在致力于锂负极的改性以保护锂电极。

Xiong等人(ElectrochimicaActa83(2012)78-86)采用LiNO₃作为锂硫电池电解液的添加剂对锂负极作用，促使电化学过程中在负极形成更为稳定的SEI膜，但是这些添加剂却会在电化学反应过程中被逐步消耗，因而较难获得非常稳定的电化学性能。Jing等人(J.Mater.Chem.A，2015，3，12213-12219)利用Al₂O₃涂层保护金属锂片来改善锂硫电池性能，他们将Al₂O₃、粘结剂PVDF混合成浆料，再涂覆在金属锂片上，这种方法在抑制锂枝晶效果上欠佳，而且制备方法相对复杂，操作困难。

美国专利USP5648187和USP5961672描述了在电池中的锂负极和电解质之间夹一层导电的聚合物膜及其制备方法。中国专利CN104716381A公开了在锂硫电池的阳极表面附着一层锂硫电池负极保护添加剂层，因为锂金属保护层的形貌是动态变化的，不会因锂金属的不断溶解和沉积而发生物理脱落或开裂，从而起到有效保护负极的作用。中国专利CN104617259A公开了在锂负极表面原位生成二氧化硅的方法，。在一定温度下，处理液与金属锂表层的钝化层反应可得含有二氧化硅的保护层。中国专利CN103985840A公开了一种涂敷在锂负极表面的、包含导电聚合物的功能性保护层。

以上文献与专利尽管提出了许多保护锂负极及在锂负极表面形成保护层的方法，但主要是在锂负极的表面进行改性，表面涂覆工艺性、操作性比较难以掌握，制备方法比较复杂，循环过程中锂枝晶问题仍存在。

发明内容

本发明的目的是解决现有锂硫电池的问题，提供了一种锂硫电池中隔膜上涂覆保护层贴向锂负极对锂负极进行保护的方法。本发明创造性地采用在隔膜上涂覆保护层贴向锂负极的方法来抑制锂负极表面锂枝晶的生长，改善电池的安全性、循环寿命，通过控制涂层的载体、粘合剂、添加剂等的种类与配比进行调浆，有效控制隔膜功能性保护涂层的组成，将调配好的浆料均匀地涂敷在隔膜上，制备具有功能性保护涂层的隔膜，对锂负极进行保护。此操作工艺简单且保护层可以有效抑制锂枝晶的生长，同时添加剂从载体中持续释放，持续性的在锂负极表面形成一层保护膜保护锂负极，进而提高锂硫电池的安全性与循环性能。

本发明采用的技术方案：保护锂硫电池负极的方法是在负极2上粘贴隔膜保护涂层1，隔膜保护涂层1由添加剂载体、粘合剂和添加剂组成，隔膜保护涂层1制备方法操作步骤如下：按质量比1∶0.1～10称取添加剂载体与添加剂，将添加剂载体与添加剂混合放入研钵中研磨0.5～1h使其均匀混合；称取质量为贴隔膜保护涂层1各组分总质量的10～50％的粘合剂，，放入搅拌瓶，加入质量为贴隔膜保护涂层1各组分总质量的0.1～20％分散剂均匀分散0.5～1h；再将研磨均匀的混合物加入到搅拌瓶中，室温下搅拌10～24h；最后将搅拌完成的浆料均匀的涂敷在隔膜的一面，贴隔膜保护涂层1厚度为100nm～100um，将置于60℃的真空烘箱中烘12～48h，取出后进行裁剪，制得保护负极2的隔膜保护涂层1；