本發明專利技術涉及一種鋰硫電池，包括正極、負極和電解質，所述正極包括正極集流體和參與電化學反應的正極活性材料，所述正極活性材料含有硫基材料；所述負極包括負極集流體和選自金屬鋰，鋰合金，鋰碳或硅基材料的負極活性材料；選擇的所述硫基材料和所述硅基材料均不含鋰時，對所述正極和/或所述負極預嵌鋰處理；所述電解質為含有鋰超離子導體材料的固態電解質。本發明專利技術的固態鋰硫電池，避免了正極充放電過程中的中間產物多硫化鋰的流失，同時固態電解質具有較高的離子導電率，提高了鋰硫電池的能量密度和循環壽命，并且采用固態電解質的鋰硫電池在包裝上工藝也較采用液態電解質的鋰離子電池簡單，易于產業化。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種鋰硫電池，尤其涉及一種固態鋰硫電池。
技術介紹
隨著儲能以及手持器械對電池需求的增加，大規模的電池生產在世界范圍內也日益增多。從電池體系免費維護且具有高能量密度兩方面考慮，鋰離子二次電池非常具有吸引力。可再充電的鋰硫電池的理論容量高達leTSmAhg—1，幾乎高出目前商業正極為LiFePO4的鋰離子二次電池一個數量級，同時作為正極活性材料的硫不僅成本低、無毒而且含量豐富。但是，鋰硫電池存在一些問題阻礙了其發展，如硫的電導率較低，在充放電過程中產生的多硫化鋰中間產物易溶于有機電解質從而使得正極活性材料的流失，沉積在負極表面的多硫化物可加劇負極的腐蝕從而使負極內部阻抗增加，最終導致電池容量的不可逆衰減。 這些問題部分可以歸因于電池所采用的傳統的液態有機電解質，除此之外，液態電解質還存在一些其他缺點，如將電池規格做大時液態有機電解質會揮發，易燃，缺乏機械強度，存在安全隱患等問題，此外，采用液態有機電解質需要特殊的包裝以防止泄漏。為了避免液態電解質這些問題，近幾年許多研究開始關注固態電解質的應用。固態電解質具有代替液態電解質的潛質，因此提高下一代高性能電池的安全以及循環性能。然而，固態電解質的優點雖然得到普遍認同，但是，較低的離子電導率以及化學、電化學性能不穩定還是阻礙了固態電解質的實際應用。幾十年里，許多研究集中在尋找合適的固態電解質新材料來克服這些問題。晶體材料研究地比較深入，它們的離子電導率很低，數量級只有10_3S/cm。聚合物電解質是另一種固態電解質體系，這種電解質一般是由鋰鹽和大分子量的聚合物組成，如聚乙烯氧化物，室溫下它的導電率很低，數量級只有10_5S/Cm。這些固體材料的導電率都低于目前商用鋰離子電池體系中的液態電解質的導電率。現有技術實有必要進一步發展。
技術實現思路
本專利技術旨在提供一種高能量密度和循環壽命的固態鋰硫電池，鋰硫電池采用具有高離子電導率的固態電解質。本專利技術提供了一種鋰硫電池，包括正極，負極和電解質，所述正極包括集流體和參與電化學反應的正極活性材料，所述正極活性材料含有硫基材料；所述負極包括負極集流體和選自金屬鋰，鋰合金，鋰碳或硅基材料的負極活性材料；選擇的所述硫基材料和所述硅基材料均不含鋰時，對所述正極或/和所述負極預嵌鋰處理；所述電解質為固態電解質，設置于所述正極與負極之間，含有鋰超離子導體材料。優選的，所述硫基材料選自元素硫，Li2Sn,有機硫化物和碳硫聚合物(C2Sv) m中的至少一種，其中，η彡1,2. 5彡V彡50，m彡2。優選的,所述硫基材料含有ABxCyDz,其中A選自聚批咯,聚丙烯腈,聚丙烯腈共聚物中的至少一種；B選自單質硫；C選自碳基材料；D選自金屬氧化物；其中，I < X < 20,0 ^ y < 1,0 ^ z < I。優選的，y= 0,0<z<lo優選的，0< y < 1，0 < z < I。優選的，所述聚丙烯腈共聚物選自聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物，聚丙烯腈-聚吡咯共聚物中的至少一種。優選的，所述碳基材料選自科琴碳黑，乙炔黑，活性炭，單壁碳納米管，多壁碳納米管及石墨烯中的至少一種。優選的，所述金屬氧化物選自MgaNibO, MgO, NiO, V2O5, CuO, MgcCudO, La2O3, Zr2O3, Ce2O3 以及 Mn2Of 中的至少一種，其中，0 < a < 1，0 < b < 1，a+b = I ;0 < c < 1，0 < d< I, c+d = I ；f的取值為2或3或4或7。優選的，所述正極集流體選自銅箔，銅網，鋁箔，泡沫鎳，不銹鋼網中的一種。優選的，所述娃基材料選自單質娃，娃合金，金屬包覆的娃，金屬摻雜的娃中的至少一種。優選的，所述鋰超離子導體選自鋰鑭鈦氧復合物，LISIC0N結構的鋰超離子導體，NASIC0N結構的鋰超離子導體，硫化結晶鋰超離子導體，石榴石結構的鋰超離子導體，硫化物玻璃，氮磷酸鋰，硼氫化鋰，聚合物鋰超離子導體中的至少一種。優選的，所述固態電解質含有LihGeiPjSk,其中，8彡h彡12,0. 8 ^ i彡1. 2，1.6 彡 j 彡 2. 4，9. 6 彡 k 彡 14. 4。優選的，所述固態電解質含有LiltlGeP2S1215優選的，所述鋰硫電池的構造為圓筒形結構或扣式結構或板式結構。本專利技術提供的固態鋰硫電池，采用含有鋰超離子導體的固態電解質，不僅克服了在充放電過程中正極產生的中間產物多硫化鋰的流失，提高了正極硫基材料的利用率，同時該固態電解質具有較高的離子導電率，大大提高了鋰硫電池的能量密度和循環壽命，另夕卜，采用固態電解質的鋰硫電池在包裝上工藝也較采用液態電解質的鋰離子電池簡單，易于產業化。附圖說明下面結合附圖和實施方式對本專利技術作進一步說明。圖1是本專利技術中鋰硫電池的結構示意圖。其中1.鋰硫電池6.電解質12.負極集流體2.正極8.正極活性材料14.負極活性材料4.負極10.正極集流體具體實施例方式請參閱圖1所示，本專利技術提供了一種具有能量密度高和循環壽命長的鋰硫電池I。鋰硫電池I包括正極2、負極4以及設置于正極2、負極4之間的電解質6。正極2包括正極集流體10和正極活性材料8。正極活性材料8含有硫基材料，硫基材料占正極活性材料8總重量的70-90 %。在優選的實施方式中，正極活性材料8中的硫基材料的重量比重為80%。 硫基材料選自元素硫，Li2Sn，有機硫化物和碳硫聚合物(C2Sv)m中的至少一種，其中，1,2. 5^v^50,m^2o 優選的，硫基材料含有ABxCyDz，A選自聚吡咯(Ppy)，聚丙烯腈(PAN)，聚丙烯腈共聚物中的至少一種；B選自單質硫(S) ;C選自碳基材料；D選自金屬氧化物；其中，l^x^20,0^y<l,0^z<lo聚丙烯腈共聚物選自PAN-甲基丙烯酸甲酯共聚物，PAN-Ppy中的至少一種。Ppy是一種導電性優良的聚合物，被廣泛應用在電極表面修飾以及電極材料中；PAN在2000C _300°C下發生熱解反應包含了氰基的環化、脫氫、共軛、交聯等過程，生成具有導電性能的共軛聚并吡咯，PAN的低溫熱解性能為制備硫基材料提供了良好的載體，而PAN-甲基丙烯酸甲酯共聚物因其結構中具備PAN的結構單元，PAN-Ppy更是結合了 PAN與Ppy的雙·重性質因此均可作為硫基材料的載體。同時，A在硫基材料中的質量含量不超過20%。作為優選的實施方式，A選自PAN。碳基材料選自科琴碳黑(KB)，乙炔黑(AB)，活性炭(AC)，單壁碳納米管，多壁碳納米管，石墨烯中的至少一種。碳基材料一般特點是比表面很大，具有較強的吸附功能，同時還有著優良的導電性，適合作為導電添加材料。作為優選的實施方式，C選自KB，KB的顆粒尺寸約為30nm，比表面積卻達到了 1400m2/g，同時具有超強的吸附能力，它不僅可以提高材料的導電性，而且在制備復合材料的過程中，因其較大的比表面積和強的吸附能力，能有效的抑制材料的聚集成團現象，使硫基材料的顆粒尺寸更小以及分布更均勻，減少了鋰離子的擴散路徑，提高了材料的離子導電性。另外，KB的價格也相對便宜，含有KB的硫基材料的成本也較低本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鋰硫電池，包括正極，負極和電解質，其特征在于：所述正極包括正極集流體和參與電化學反應的正極活性材料，所述正極活性材料含有硫基材料；所述負極包括負極集流體和選自金屬鋰，鋰合金，鋰碳或硅基材料的負極活性材料；選擇的所述硫基材料和所述硅基材料均不含鋰時，對所述正極或/和所述負極預嵌鋰處理；所述電解質為固態電解質，設置于所述正極與負極之間，含有鋰超離子導體材料。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳璞，卡贊姆·杰迪，
申請(專利權)人：蘇州寶時得電動工具有限公司，陳璞，
類型：發明
國別省市：
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