[实用新型]一种锂硫电池

说明书

本实用新型公开了一种锂硫电池，包括Li₂S正极、改性隔膜、锂金属负极以及电解液，所述Li₂S正极、所述改性隔膜以及所述锂金属负极依次平行间隔设置，所述电解液含有负极成膜添加剂并容置于所述改性隔膜与所述锂金属负极之间，所述改性隔膜包括聚烯烃隔膜和涂覆在所述聚烯烃隔膜正对所述Li₂S正极的表面上的锂离子‑电子混合导电膜。与相关技术相比，本实用新型提供的一种锂硫电池具有如下优点：可以激活Li₂S,有助于降低Li₂S首次充电的过电位；有助于多硫化锂在正极侧转化为活性Li₂S；可以在金属锂表面原位形成SEI膜，抑制负极侧锂枝晶的形成；提高了锂硫电池的容量、循环性能和安全性能。

【技术领域】

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池。

【背景技术】

随着电动汽车的大规模储能的需求，人们对电池的能量密度要求越来越高。现有的锂离子电池正极和负极分别主要采用无机金属氧化物和石墨，理论比能量不超过350Wh/kg，无法满足人们的对电动汽车里程的需求。此外，无机金属资源缺乏，对环境污染严重，不利于长期发展。锂硫电池的理论比能量高达2600Wh/kg，而且硫正极环境友好，价格低廉，资源丰富，被认为是很有发展前景的二次锂离子电池。

然而，锂硫电池的实际应用还受到诸多限制。首先，S单质作为正极时(比容量1675mAh/g)，充放电过程形成Li₂S，体积膨胀高达80％；其次，硫单质和硫的锂化物离子和电子电导率低，内阻大引起极化；此外，由于中间产物多硫化锂(Li₂Sx，x＝4-8)溶解于电解液，产生严重的穿梭效应，使得库伦效率和活性锂下降，容量衰减极快。最后，锂金属作为负极，容易形成锂枝晶，刺穿隔膜。

文献(Adv.Mater.30,e1801190,2018)报道采用硫的完全嵌锂态Li₂S作为正极，比容量仍有1166mAh/g，由于本身就具有最大体积，稳定性增强，而且，Li₂S的分解温度达到900℃，远高于S单质，可以进行高温改性。但是，Li₂S/C的电导率低，首次充电形成新的多硫化物反应能垒高达1eV，需要充电到4V(vs Li⁺/Li)以上,会导致醚基电解液的分解和电化学性能恶化(J.Am.Chem.Soc.134,15387-15394,2012)。专利文献CN108987714A 公开了一种含有Li₂S的正极材料，包含烧结连接的Li₂S和S掺杂的导电碳，提高正极的导电性和比容量，减弱穿梭效应，但是效果不明显。专利文献CN106129455A公开了一种三维多孔石墨烯共价固定纳米Li₂S的复合正极，降低了首次充电过电位，并采用氧化石墨烯包覆改性的聚烯烃隔膜抑制多硫化锂的穿梭效应，但是没有解决锂金属负极容易形成锂枝晶的问题。专利文献CN107078343A公开了一种锂硫电池隔膜改性方法，在正极/ 隔膜之间增加锂离子传导性聚合物膜，同时在负极/隔膜之间增加金属氧化物膜，能够阻挡多硫化锂穿梭同时抑制锂枝晶生长，但是两层膜增加了隔膜的厚度，倍率性能受到影响。

可见，上述锂硫电池具有如下主要技术问题：

①Li₂S/C的电导率低，首次充电形成新的多硫化物反应能垒高达1eV，需要充电到4V(vs Li⁺/Li)以上，会导致醚基电解液的分解和电化学性能恶化；

②充放电过程中，多硫化锂的穿梭效应会导致正极的容量迅速下降，同时，多硫化锂在锂金属负极附近被还原为固态Li₂S，会覆盖锂金属，降低负极容量，导致锂硫电池循环寿命严重降低；

③锂金属负极由于巨大的体积变化容易形成锂枝晶，刺穿隔膜，引起危险。

【实用新型内容】