[发明专利]形状适形的碱金属-硫电池

权利要求书

1.一种碱金属-硫电芯，所述碱金属-硫电芯包括：

(a)准固体阴极，所述准固体阴极含有按体积计从30％至95％的含硫阴极活性材料、按体积计从5％至40％的含有溶解或分散在溶剂中的碱金属盐和离子传导聚合物的第一电解质、和按体积计从0.01％至30％的导电添加剂，其中所述含硫阴极活性材料包括硫、金属-硫化合物、硫-碳复合材料、硫-石墨烯复合材料、硫-石墨复合材料、有机硫化合物、硫-聚合物复合材料、或其组合，并且其中含有导电长丝的所述导电添加剂形成电子传导通路的3D网络，由此使得所述准固体阴极具有从10^-6S/cm至300S/cm的电导率；

(b)阳极；以及

(c)设置在所述阳极与所述准固体阴极之间的离子传导膜或多孔隔膜；其中所述准固体阴极具有不小于200μm的厚度。

2.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阳极包括准固体阳极，所述准固体阳极含有按体积计从1.0％至95％的阳极活性材料、按体积计从5％至40％的含有溶解或分散在溶剂中的碱金属盐和离子传导聚合物的第二电解质、和按体积计从0.01％至30％的导电添加剂，其中所述含有导电长丝的导电添加剂形成电子传导通路的3D网络，由此使得所述准固体阳极具有从10^-6S/cm至300S/cm的电导率。

3.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述第一电解质包括含有选自以下的离子传导聚合物的准固体聚合物电解质：具有低于1x10⁶g/mol的分子量的聚(环氧乙烷)(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚双甲氧基乙氧基乙醇盐-磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯(PVDF-HFP)、其磺化衍生物、磺化聚合物、或其组合。

4.如权利要求2所述的碱金属-硫电芯，其中，所述第一电解质或所述第二电解质包括含有选自以下的离子传导聚合物的准固体聚合物电解质：具有低于1x10⁶g/mol的分子量的聚(环氧乙烷)(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(偏二氟乙烯)(PVDF)、聚双甲氧基乙氧基乙醇盐-磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯(PVDF-HFP)、其磺化衍生物、磺化聚合物、或其组合。

5.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述离子传导聚合物选自由以下组成的组：聚(全氟磺酸)、磺化聚四氟乙烯、聚四氟乙烯的磺化全氟烷氧基衍生物、磺化聚砜、磺化聚(醚酮)、磺化聚(醚醚酮)、磺化聚苯乙烯、磺化聚酰亚胺、磺化苯乙烯-丁二烯共聚物、磺化聚氯-三氟乙烯(PCTFE)、磺化全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)、磺化乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、磺化聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的磺化共聚物、乙烯和四氟乙烯的磺化共聚物(ETFE)、磺化聚苯并咪唑(PBI)、它们的化学衍生物、共聚物、共混物及其组合。

6.如权利要求2所述的碱金属-硫电芯，其中，所述离子传导聚合物选自由以下组成的组：聚(全氟磺酸)、磺化聚四氟乙烯、聚四氟乙烯的磺化全氟烷氧基衍生物、磺化聚砜、磺化聚(醚酮)、磺化聚(醚醚酮)、磺化聚苯乙烯、磺化聚酰亚胺、磺化苯乙烯-丁二烯共聚物、磺化聚氯-三氟乙烯(PCTFE)、磺化全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)、磺化乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、磺化聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯与六氟丙烯和四氟乙烯的磺化共聚物、乙烯和四氟乙烯的磺化共聚物(ETFE)、磺化聚苯并咪唑(PBI)、它们的化学衍生物、共聚物、共混物及其组合。

7.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述导电长丝选自碳纤维、碳纳米管、针状焦炭、碳晶须、导电聚合物纤维、导电材料涂覆的纤维、金属纤维、金属线、其组合、或其与非长丝导电颗粒的组合。