[发明专利]一种含离子液聚合物的锂硫电池

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，特别是涉及一种含离子液聚合物的锂硫电池。

背景技术

目前，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。其中最主要的是在其充放电的过程当中，由于多硫负离子的“穿梭效应”导致循环过程中的容量衰减快。产生“穿梭效应”的主要原因是单质硫在放电过程中产生大量的中间产物，即多硫化锂，而多硫化锂会溶解于电解液当中，溶解后产生的多硫负离子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的绝缘性还原产物，导致电池的内阻增加。

目前，针对该问题主要采用物理吸附或物理阻挡的技术方法来缓解“穿梭效应”，但存在效果不理想等系列问题。

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含离子液聚合物的锂硫电池。

本发明的目的是提供一种具有锂硫电池库伦效率高，电池能量密度高，循环寿命长、制作简单、易于实用，便于大规模生产等特点的含离子液聚合物的锂硫电池。

本发明基于强吸附作用(如：化学吸附)的锂硫电池，以提高锂硫电池的循环性能。为了解决锂硫电池充放电循环寿命短的问题，提出一种在正极材料中添加离子液聚合物来吸附多硫负离子以抑制其产生“穿梭效应”的技术方法，使得制备的锂硫电池库伦效率高、循环寿命长、制作简单、易于实用。

离子液聚合物为阳离子型离子液聚合物，例如：聚乙烯基咪唑盐类、聚乙烯基吡啶盐类、聚乙烯基苄铵盐类、聚乙烯基苯并咪唑盐类、聚乙烯基吡咯烷盐类、聚乙烯基哌啶盐类等，阳离子型离子液聚合物分子结构如图1所示；或阴离子型离子液聚合物，例如：聚乙烯基对苯磺酸盐类、聚丙烯酸盐类、聚乙烯基磷酸盐类等，阴离子型离子液聚合物分子结构如图2所示。

离子液聚合物的添加方法包括：将离子液聚合物溶于水或其它有机溶剂，然后将离子液聚合物溶液与碳硫复合材料、粘结剂、导电材料混合均匀，将混合好的浆料涂覆在集流体铝箔上并烘干，得到锂硫电池的正极用于组装锂硫电池。

本发明含离子液聚合物的锂硫电池所采取的技术方案是：

一种含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加有离子液聚合物。

本发明含离子液聚合物的锂硫电池还可以采用如下技术方案：

所述的含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：离子液聚合物为阳离子型离子液聚合物聚乙烯基咪唑盐类、聚乙烯基吡啶盐类、聚乙烯基苄铵盐类、聚乙烯基苯并咪唑盐类、聚乙烯基吡咯烷盐类、聚乙烯基哌啶盐类中的一种或几种；阴离子型离子液聚合物聚乙烯基对苯磺酸盐类、聚丙烯酸盐类、聚乙烯基磷酸盐类中的一种或几种。

所述的含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：锂硫电池内部结构自下至上为正极集流体、正极材料、多孔隔膜、负极片，含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加的离子液聚合物，单独作为正极材料的粘结剂。

本发明具有的优点和积极效果是：

含离子液聚合物的锂硫电池由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下明显等特点：

1、由于在锂硫电池体系中添加了离子液聚合物，离子液聚合物在锂硫电池体系中可以与多硫负离子产生较强的正负离子结合作用，能够有效阻止多硫负离子随电解液迁移到锂负极的作用，抑制“穿梭效应”，有效提高了锂硫电池的库伦效率，延长了电池使用寿命；

2、采用的离子液聚合物溶于水或有机溶剂时，具有一定的胶粘特性，可以代替或部分代替锂硫电池的传统粘结剂，从而提升活性物质含量，增加电池能量密度；

3、将离子液聚合物应用于锂硫电池中，操作简单，易于大规模生产。

附图说明

图1是阳离子型离子液聚合物分子结构示意图；

图2是阴离子型离子液聚合物分子结构示意图；

图3是实施例3制成锂硫电池的充放电比容量及库伦效率图；

图4是比较1制成锂硫电池的充放电比容量及库伦效率图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：