[发明专利]锂硫电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池及其制备方法。

背景技术

自从1991年，碳材料创造性的运用于锂离子电池领域，并带来该领域革命性的变化，即高效而安全的进行多次充放电后，其便被广泛的运用于手机、便携式电脑、电动车、数码相机、I-pad等便携式电子产品中。但是，随着人们对这些便携式生活要求的提高，传统锂电池已经不能满足人类的需求。因而，具有高比能、高安全性、高使用寿命及低成本的下一代锂电池被寄予厚望。

新的阴极材料开发是提高电池比能量的关键：硫阴极具有1675mAh/g的理论比容量和2600Wh/Kg的能量密度，是目前商用过渡金属氧化物阴极理论比容量和比能量的十倍，并且硫在自然界中含量丰富、价格低廉、对环境安全友好，因此硫阴极成为最具有发展前景的锂电阴极材料之一。然而，由于硫作为阴极材料，其本身并不含有锂离子，因此要组装成全电池，往往就需要采用其他技术手段为整个电池体系提供锂源；现有的主要技术方案为使用金属锂作为锂硫电池的阳极材料。

然而，金属锂作为锂硫电池的阳极材料具有明显缺陷：首先，由于金属锂的费米能级较低，因此金属锂对电解液是不稳定的，它们之间形成的SEI膜是不稳定的，并且会在循环过程中被消耗，这样会造成电解液和锂阳极的损耗。其次，金属锂作为阳极，在电池长期的充放电过程中，锂的不均匀沉积造成了锂支晶的生长，锂支晶的持续生长有可能会刺破隔膜，导致安全性的问题。最后，对于锂硫电池，由于电池电化学反应的中间产物多硫化锂会溶解在电解液中，它们迁移至锂阳极并与其发生反应生成不可溶且绝缘的硫化锂，硫化锂的生成不仅会造成活性物质的损耗，造成电池容量衰减，而且会提高电池的极化，同时充电过程中多硫化锂与硫化锂之间的正负反应同时发生，降低电池的库伦效率。

针对锂硫电池锂阳极的以上问题，确有必要开发一种新的体系，既能解决锂硫电池硫阴极不能提供锂源、锂金属阳极电化学性能/安全性差的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种新的锂硫电池及该锂硫电池的制备方法：该锂硫电池阴极含有含硫硫活性物质，而阳极为碳材料、合金类材料等贫锂物质；通过使用碳材料、合金类材料等阳极活性物质解决锂金属阳极的诸多问题，通过富锂技术对电极进行富锂解决硫阴极不能提供锂源问题，再在电解液中引入成膜添加剂，使得阳极活性物质碳材料、合金类材料等颗粒表面形成优质的固体电解质膜（SEI膜）最终制备得到性能优良的锂硫电池。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池，由阴极、阳极、隔离膜、电解质和外包装组成，

阴极：由集流体和涂敷层组成，涂敷层中活性物质至少含有单质硫、硫基化合物或硫复合物中的一种；

阳极：由集流体和涂敷层组成，涂敷层中活性物质为贫锂物质；

隔离膜：具有电子绝缘、离子导通功能的组件；

电解质：由锂盐、非水溶剂和添加剂组成；

所述贫锂物质表面能够形成固体电解质膜（SEI膜），所述电解质中含有形成所述SEI膜的成膜添加剂。

所述阴极活性物质中的硫单质包括升华硫和/或高纯硫；所述硫基化合物包括有机硫化物、Li2Sn（n ≥ 1）、碳硫聚合物(C₂S_v)_m 中的至少一种；所述硫复合物包括硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物、硫/无机氧化物中的至少一种；所述阴极活性物质中的单质硫、硫基化合物或硫复合物占整个涂敷层的质量为2-99wt%。

所述阳极贫锂物质包括碳类材料和/或合金类材料。

所述阳极贫锂物质包括石墨、软碳、硬碳、铝基、锡基、硅基中至少一种。

由于采用了贫锂阳极，需要对整个锂硫电池进行富锂；所述富锂方法为阴极富锂和/或阳极富锂。

所述非水溶剂包括但不限于酯类非水溶剂、烷类非水溶剂、醚类非水溶剂、砜类非水溶剂、呋喃类非水溶剂。