[实用新型]一种用于电池的复合负极管

说明书

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种用于电池的复合负极管，适用于锂硫电池和钠硫电池。

背景技术

锂硫电池和钠硫电池是以其高能量密度的特性深受业界关注的一种新型储能器件。

目前常温锂硫电池的技术路线还存在以下几个技术瓶颈问题：（一）安全隐患方面：主要因素是使用有机聚合物隔膜，在电池充电时负极金属锂表面生长锂枝晶，容易刺穿有机聚合物隔膜造成正负极短路；另一个因素是使用液态有机电解液，正负极短路或高温时易引发燃烧、爆炸；（二）循环性能方面：影响循环性能的主要因素是锂多硫化物“穿梭效应”造成的容量损失，电池在进行工作时，其中间产物锂多硫化物可溶于有机电解液中，并穿过有机聚合物膜的孔隙，在电池的正负极之间发生往复穿梭（称为穿梭效应），使活性物质单质硫不可逆的损失，降低了电池的库伦效率。另外，穿梭到负极的锂多硫化物会和金属锂负极发生化学反应，引发电池内部放电现象，而且反应生成的不溶于电解液的硫化锂会沉积在锂负极表面，从而引发金属锂表面恶化，进一步降低了电池循环寿命。在这几项缺陷中，穿梭效应是对锂硫电池性能破坏最大的一点，使用传统的有机聚合物隔膜技术是很难解决的。

目前已产业化的高温管式钠硫电池，由金属钠负极、固体的电解质陶瓷管、S/C复合正极等组成。固体电解质兼做隔膜，其中固体电解质是一种专门传导钠离子的被称为beta-Al2O3的陶瓷材料。电池工作温度300~350℃。管式钠硫电池能量密度高、可大电流充放电，但也存在严重不足之处，其陶瓷管易破裂，造成熔融状态的正负极活性物质大量接触，引起剧烈化学反应而燃烧。这种严重安全隐患制约着该电池在电动车等移动设备上的应用。现有技术中，简单的固体电解质陶瓷管结构很难避免这种严重的安全隐患。

实用新型内容

基于现有常温锂硫电池和高温管式钠硫电池技术存在的缺陷，本实用新型提供一种用于电池的复合负极管，以解决锂硫电池的“穿梭效应”、生长锂枝晶及管式钠硫电池陶瓷管易破裂等技术缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于电池的复合负极管，包括内层的多孔金属层，以及附着在外层的由多孔金属层支撑的固体电解质层，该多孔金属层与电池的负极外壳相连，共同作为电池的负极集电极。

所述多孔金属层中吸附有离子液体。

所述多孔金属层的厚度为0.2～1.5mm。

所述多孔金属层中多孔金属平均孔径为0.1～5um，孔隙率为50～80%。

所述固体电解质层的厚度为0.015～0.060mm。

所述复合负极管管腔内径1～4mm。

所述复合负极管外径1.43～7.12mm。

由以上技术方案可知，本实用新型中多孔金属层作为固体电解质膜的支撑体，使管体强度显著提高，管壁外层的较薄的固体电解质膜层有利于且只限于特定离子通过。本实用新型涉及的复合负极管应用到锂硫电池中可彻底解决多硫化物“穿梭效应”和锂枝晶形成的安全隐患，且通过多孔金属层的设计解决了管式钠硫电池陶瓷管易破裂的现象，同时还提升了电池电化学性能。

附图说明

图1为本实用新型复合负极管的结构示意图；

图2为使用本实用新型复合负极管的电池结构示意图；

图3为本实用新型中固体电解质层出现破裂点时自动堵塞形成机理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一种优选实施方式作详细的说明。

本实用新型所述的电池是指具有低熔点金属电极的电池，包括钠硫电池和锂硫电池。

如图2所示，所述电池包括正极1、正极外壳2、负极3、负极外壳4，以及复合负极管5。

所述正极1为含有活性硫的正极S/C复合活性物质，所述负极3分为两种，一种是锂金属负极活性物质，另一种是钠金属负极活性物质。

所述负极3通过复合负极管5延伸至正极1中，增大接触面积，提高放电效率。所述复合负极管5的内径r为1～4mm，外径R为1.43～7.12mm，复合负极长度为10～300mm。复合负极管较小的内腔直径，避免了负极熔融金属活性物与正极活性物硫大量接触的可能性，显著提高了电池的安全性。