[发明专利]一种基于石墨负极的锂硫电池的原位制备方法

说明书

本发明公开一种基于石墨负极的锂硫电池的原位制备方法。本发明首先按照锂硫电池正极极片、锂/铜金属复合电极片、石墨电极片和锂/铜金属复合电极片的叠片顺序，制备三电极锂硫叠片电池，使用原位预储锂的方法，对石墨电极片进行预储锂；预储锂结束后，将锂/铜金属复合电极片取出并原位进行封装，得到以石墨电极片为负极的锂硫电池。该制备方法简化了石墨基锂硫电池的制备工艺流程，省去拆电池、取极片及重复制片的流程，规避了现有工艺的失效风险，易转化为工业生产技术。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，涉及一种基于石墨负极的锂硫电池的原位制备方法。

背景技术

近年来，消费类电子产品、新能源汽车及储能系统等领域的快速发展，对二次电池的需求增加，特别的，对电池能量密度要求越来越高，以适应能源存储设备更简洁、更轻便的发展趋势。

锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的材料。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，考虑到硫的成本较低，所以，锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。

锂硫电池使用具有硫-硫键的硫基化合物作为正极活性物质，锂的多硫化合物溶于电解液，多硫化合物与锂金属负极反应，易造成穿梭效应，导致活性物质损失，影响循环性能。

锂硫电池一般采用金属锂箔做负极，金属锂具有较高的化学反应活性，化学不稳定，与硫基化合物副反应较多，产生自放电；而且，锂的熔点低，电池失效情况下，易与电解质、水分、空气剧烈反应，产生爆炸；另外，锂负极在循环过程中，易产生死区、锂枝晶，影响电池循环性能，甚至锂枝晶会刺穿隔膜，导致内部短路。

为避免使用金属锂负极带来的锂硫电池负面的作用，非锂金属负极得到了广泛的关注和研究。专利CN101465441公开了一种以石墨为负极的锂硫电池及该电池的制备方法，其通过电化学嵌锂的方法，预先在硫正极中补充锂源(预储锂)，负极采用无锂源的结构稳定的石墨负极，替代了高活性的金属锂，提高了锂硫电池的安全性和循环稳定性。

采用石墨负极替代金属锂负极制备锂硫电池，克服了金属锂的高的化学不稳定性及锂枝晶的产生，并且可以提升锂硫电池的安全性和循环稳定性。但是，该类非锂金属电池的制备，需要首先制备预储锂电极，然后拆开电池，取出预储锂极片，然后再制片，组装成锂硫电池，该类电池制备方法较复杂，制备过程中失效风险大，且制备步骤繁琐条件苛刻不利于工业生产，或多或少的限制了大规模应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨负极的锂硫电池的原位制备方法。该制备方法可控性高，简化了石墨基锂硫电池的制备工艺流程，规避了现有工艺的失效风险，易转化为工业生产技术。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明是这样实现的，一种基于石墨负极的锂硫电池的原位制备方法，包括以下步骤：

第一步：制备锂/铜金属复合电极片，该锂/铜金属复合电极片包括铜箔以及贴附于铜箔之上的金属锂制成的作为锂源的锂箔；

第二步：按照锂硫电池正极极片、锂/铜金属复合电极片、石墨电极片和锂/铜金属复合电极片的叠片顺序进行叠片，制备三电极锂硫叠片电池；

第三步：使用原位电化学预储锂的方法对石墨电极片进行预储锂；

第四步：预储锂结束后，在保护气氛环境下，将锂/铜金属复合电极片取出，然后对极组除气并进行直封，得到以石墨电极片为负极的两电极锂硫电池。

所述锂/铜金属复合电极片中，所述铜箔作为金属锂的结构支撑、集流体和极耳使用；或作为极耳使用。

所述铜箔作为金属锂的结构支撑、集流体和极耳使用时，锂箔/石墨电极片的容量比为1-10；所述铜箔作为极耳使用时，锂箔/石墨电极片的容量比为2-10。