[发明专利]一种含有水滑石膜的锂硫电池及其制备方法

说明书

本发明属于电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种含有水滑石膜的锂硫电池及其制备方法。本发明一种含有水滑石膜的锂硫电池及其制备方法，该锂硫电池在硫正极和固态电解质膜之间设置水滑石膜；该水滑石膜分散有石墨烯，导电性优异，水滑石的离子层结构有利于锂离子的传导，但阻隔多硫化锂的穿过，避免了多硫化锂对负极的腐蚀和电池内阻的增加，是锂硫电池的循环寿命提高，防止活性物质硫的流失，是锂硫电池高容量、稳定循环性能得到保障。

技术领域

本发明属于电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种含有水滑石膜的锂硫电池及其制备方法。

背景技术

随着电池在电动汽车的应用，产品性能不断提高，但是目前大规模商品化的电池不能很好地满足一些高容量、高能量密度的应用需求，尤其是当前的动力电池体系希望达到进一步延长续航里程的目标，对新型电池提出了更高的要求。

锂硫电池硫正极材料是近年来高容量电池电极材料研究的热点之一。与传统锂离子电池氧化物电极材料相比，硫正极材料在比容量、能量密度和功率密度等方面具有独特的优势。单质硫的理论比容量为1600mAh/ｇ以上，与理论比容量为3816mAh/ｇ的金属锂组装成电池后理论比能量可达2600Wh/kg，而且，单质硫还具有来源丰富、成本低、对环境友好、电池安全性好等优点，能够很好的满足动力汽车的要求。

中国发明专利申请号申请号201310464485.5公开了一种电池添加剂、含有该添加剂的正极材料及其制备方法，提供了一种锂硫电池添加剂，以及含有该添加剂的正极材料及其制备方法，所述的添加剂为负载在氧化碳材料中的含有丰富且暴露的强弧对电子基团-OH的水滑石、类水滑石或层状金属氢氧化物。本发明中的正极材料使用的导电碳材料具有良好的吸附能力且具有高比表面积、大孔容、多孔结构，电化学活性物质为硫。添加剂是含有强孤对电子基团的物质。放电过程中产生的多硫化锂能够以配位等方式与添加剂形成相互作用，使其在电解液中的溶解被抑制，因此可以有效降低活性物质的损失以及改善锂负极腐蚀、容量衰减迅速等问题。

中国发明专利申请号申请号201610027324.3公开了一种全固态锂硫电池用夹层及全固态锂硫电池。公开了一种全固态锂硫电池用夹层及全固态锂硫电池，夹层由固体电解质和导电材料构成，全固态锂硫电池包括硫正极、固体电解质膜和金属锂负极，且在硫正极和固体电解质膜之间设有所述夹层；夹层同时具有导电性与导锂性，其设置在全固态锂硫电池的正极与固体电解质之间，可使活性物质硫充分反应，提高活性物质硫的利用率，同时该夹层可以抑制多硫化物的穿梭，提高锂硫电池的库伦效率以及循环寿命，从而获得高容量发挥、稳定循环性能以及高安全性能的全固态锂硫电池。

中国发明专利申请号申请号201510060959.9公开了一种全固态锂硫电池复合正极材料及全固态锂硫电池和制备方法。公开了一种全固态锂硫电池复合正极材料及全固态锂硫电池和制备方法，该复合正极材料是由导电聚合物单体通过原位聚合生成相应的导电聚合物包裹在单质硫或单质硫/碳材料混合物表面，再通过高温处理得到的导电聚合物/硫复合正极材料或导电聚合物/硫/碳复合正极材料；制得的复合正极材料具有较高导电性，能将硫很好固定在正极区域，进一步与有机-无机杂化聚合物固体电解质膜和/或Li₂S-P₂S₅无机固体电解质及金属锂负极制成全固态锂硫电池，制得的全固态锂硫电池具有高放电比容量、稳定的循环性能和较高安全性能，且复合正极材料的制备方法简单、工艺条件温和，成本低，满足工业生产要求。

然而，硫的离子导电性和电子导电性都很低，锂硫电池充放电过程产生的多硫化锂易溶于有机电解液使电极的活性物质逐渐减少，而且溶解的多硫化锂会穿过隔膜达到电池的负极锂片上引起电池负极的腐蚀和电池内阻的增加，导致电池的循环性能变差、容量衰减。

发明内容

针对现有锂硫电池导电性和电子导电性低，硫易形成多硫化锂刺穿隔膜的缺陷，本发明提出一种含有水滑石膜的稳定的锂硫电池及其制备方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：