[发明专利]一种锂硫全电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂硫全电池，包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按摩尔比3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。本发明抑制负极上锂枝晶的生长和避免硫基正极的劣化引起穿梭效应，使得锂硫电池具有出色的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及一种锂硫全电池及其制备方法。

背景技术

锂硫电池(Li-S)由于其高能量密度、低成本、及对环境友好无污染，使它们在电动汽车和能量存储领域备受关注。然而，Li-S电池存在严重的穿梭效应和形成枝晶等问题，将导致其寿命有限，库仑效率低，存在安全潜在风险。目前通过开发硫基材料、隔膜和电解液来解决这些问题上已经付出很多的努力。但这些对锂硫电池技术都只有很小的作用。因此，Li-S电池的循环寿命和库仑效率仍然较差，特别是在高倍率下，仍远远落后于锂离子电池(LIBS)的技术发展水平。

众所周知，固体电解质界面(SEI)是由于电解液和溶质的分解而形成，作为钝化层在电池的寿命上起着重要的作用。一个高质量的SEI膜能有效保护电极，而劣质的SEI膜会逐渐破坏电极的性能。在以往的研究中，虽然发现单侧的SEI(无论是在硫基正电极或锂负电极)可以提高锂硫电池的性能，但枝晶生长和穿梭效应等有关问题仍不能同时解决。因此现有的锂硫电池生产技术还有待改进。

发明内容

为解决现有的锂硫电池存在严重穿梭效应和形成锂枝晶等问题。本发明提供了一种锂硫全电池及其制备方法。

所述锂硫全电池包括正电极、电解液、负电极；所述正电极为硫基复合材料；所述电解液为LiTFSI和LiPF6按摩尔比3：7比例混合而成的电解液；所述负电极为石墨锂化材料；所述锂硫全电池在充放电过程中在正负极表面都形成SEI膜，即双侧SEI膜。

本发明提供的锂硫全电池采用如下技术方案获得：制备硫基正电极；制备电解液，所述电解液为LiTFSI和LiPF6按摩尔比3：7比例混合而成的电解液；制备石墨负电极；锂化石墨负电极；组装锂硫全电池。

进一步的，制备硫基正电极包含步骤：将硫基复合材料：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为7:1.5:1.5进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H₂O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到硫基正电极；

进一步的，所述硫基复合材料通过热聚丙烯腈(PAN)和硫粉来合成：步骤为将2.5g的聚丙烯腈(PAN)与7.5g的升华硫均匀混合；接着将混合物放到氮气气氛下以5℃/min的升温速率进行升温至450℃，并恒温保持 6h后得到的黑色产物即为硫基复合材料。

进一步的，所述制备石墨负电极包含步骤：将石墨粉末：炭黑：羧甲基纤维素(CMC)按质量比为8:1:1进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇： H₂O的质量比为1：3的混合溶液中并持续搅拌6h；接着将硫基混合物均匀涂布到集电极上，并在60℃的真空炉下干燥5h，得到石墨负电极。

进一步的，所述锂化石墨负电极包含步骤：在组装全电池之前，将石墨负极与Li箔直接接触至少1h以确保石墨负极被锂化。

本发明的有益效果在于：

本发明通过电解液的制备使得锂硫电池在充放电过程中在正负极表面均匀形成均匀的高质量SEI膜。双侧SEI膜同时抑制负极上锂枝晶的生长和避免硫基正极的劣化引起穿梭效应，使得锂硫电池具有出色的电化学性能。本发明提供的锂硫全电池由于双侧SEI膜对电极的保护，表现出高的硫利用率，优异的倍率性能、优异的库仑效率(～100％)和超快速充电 /缓慢放电的特性(电流可以在15C下充电100S，在0.15C下放电3.5H)。

附图说明