[发明专利]一种多管式锂硫电池

说明书

本发明提供一种多管式锂硫电池，包括正极、正极外壳、负极和负极外壳，所述负极通过阵列排布的多个复合负极管延伸至正极中，所述复合负极管包括内层的多孔金属层及附着在外层的由多孔金属层支撑的固体电解质层，该多孔金属层与负极外壳相连，共同构成负极集电极，所述正极外壳与正极中的碳材料接触，共同构成正极集电极。本发明将复合负极管应用到锂硫电池中以解决多硫化物“穿梭效应”和锂枝晶造成的安全隐患；通过多孔金属层的设计解决了传统电池陶瓷管易破裂的现象，从而提升电池安全性能；同时进一步改进了电池结构，采取多个复合负极管阵列排布及正负极活性物质空间隔离措施，达到提高电池功率密度和电池安全性的目的。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种多管式锂硫电池。

背景技术

锂离子电池是近年来发展起来的一种新型储能器件，在过去的二十多年内，锂离子电池以其高能量密度的特性引领便携式电子设备走向了新的变革。但是，随着各种新型便携式电子设备和新能源汽车的迅速发展，人们对储能电池也提出了更高能量密度、更好的安全性能以及更低的成本等要求。对比各类电池体系，综合考虑比能量、安全性和性价比三方面要素，以金属锂为负极、单质硫为正极的一种新型化学电池（锂硫电池）是当今电池行业的主要发展方向。

在锂硫电池中，活性物质硫的理论比容量为1675mAh/Kg，理论比能量达2600Wh/Kg，是传统锂离子电池的5-8倍，钠硫电池的3.4倍，且成本低廉、环境友好。近十年来，人们在维持电极结构稳定性、提高安全性及硫的利用率、延长电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。然而，目前锂硫电池仍处于实验室研制阶段，还无法大规模的应用，主要是存在以下几个技术瓶颈问题：（一）安全隐患方面：主要因素是使用有机聚合物隔膜，在电池充电时负极金属锂表面生长锂枝晶，容易刺穿有机聚合物隔膜造成正负极短路；另一个因素是使用液态有机电解液，在正负极短路或高温时易引发燃烧、爆炸；（二）循环寿命方面：影响循环性能的主要因素是锂多硫化物“穿梭效应”造成的容量损失，电池在进行工作时，其中间产物锂多硫化物可溶于有机电解液中，并穿过有机多孔聚合物膜的孔隙，在电池的正负极之间发生往复穿梭（称为穿梭效应），使活性物质单质硫不可逆的损失，降低了电池的库伦效率。另外，穿梭到负极的锂多硫化物会和金属锂负极发生化学反应，引发电池内部放电现象，而且反应生成的不溶于电解液的硫化锂会沉积在锂负极表面，从而引发金属锂表面恶化，进一步降低了电池循环寿命。在这几项缺陷中，穿梭效应是对锂硫电池性能破坏最大的一点，使用现有的有机聚合物隔膜技术是很难解决的。

发明内容

基于现有锂硫电池技术存在的不足之处，本发明提供一种多管式锂硫电池，以解决“穿梭效应”对锂硫电池性能的破坏和锂枝晶形成带来的安全隐患。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种多管式锂硫电池，包括正极、正极外壳、负极和负极外壳，所述正极为含有活性硫的S/C复合活性物，所述负极包括锂金属的负极活性物质，所述负极通过阵列排布的若干个复合负极管延伸至正极中，所述复合负极管包括内层的多孔金属层及附着在外层的由多孔金属层支撑的固体电解质层，该多孔金属层在管口部与负极外壳相连，共同构成负极集电极，所述正极外壳与正极中的碳材料接触，共同构成正极集电极。

所述正极与负极之间设置有绝缘环，该绝缘环与固体电解质层紧密连接。

所述多孔金属层中吸附有离子液体。

所述多孔金属层的厚度为0.2～1.5mm。

所述多孔金属层中多孔金属平均孔径为0.1～5um，孔隙率为50～80%。

所述固体电解质层的厚度为0.015～0.060mm。

所述复合负极管的管腔内径1～4mm。

所述复合负极管的长度10～300mm。