一种含离子液聚合物的锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及一种含离子液聚合物的锂硫电池。本发明专利技术属于锂硫电池技术领域。一种含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加有离子液聚合物。本发明专利技术由于在锂硫电池中添加了离子液聚合物，离子液聚合物在锂硫电池中能够有效吸附多硫负离子并阻止其随电解液迁移到负极，抑制“穿梭效应”的影响，提高锂硫电池的循环性能和活性物质的有效利用率，锂硫电池具有库伦效率高，电池能量密度高，循环寿命长、制作简单、易于实用，便于大规模生产等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂硫电池
，特别是涉及一种含离子液聚合物的锂硫电池。
技术介绍
目前，在锂硫电池体系中，以金属锂为负极，单质硫为正极，理论比能量可达到2600Wh/kg，远大于现代商业化的锂离子电池。此外单质硫也具有价格低廉，环境友好的特性。因此，锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是锂硫电池也存在着诸多的问题。其中最主要的是在其充放电的过程当中，由于多硫负离子的“穿梭效应”导致循环过程中的容量衰减快。产生“穿梭效应”的主要原因是单质硫在放电过程中产生大量的中间产物，即多硫化锂，而多硫化锂会溶解于电解液当中，溶解后产生的多硫负离子会扩散到负极金属锂的表面，与金属锂发生还原反应，并返回正极，再发生氧化反应，即“穿梭效应”。该效应不但降低锂硫电池的库伦效率，腐蚀金属锂负极，而且会在金属锂表面生成大量的绝缘性还原产物，导致电池的内阻增加。目前，针对该问题主要采用物理吸附或物理阻挡的技术方法来缓解“穿梭效应”，但存在效果不理想等系列问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种含离子液聚合物的锂硫电池。本专利技术的目的是提供一种具有锂硫电池库伦效率高，电池能量密度高，循环寿命长、制作简单、易于实用，便于大规模生产等特点的含离子液聚合物的锂硫电池。本专利技术基于强吸附作用(如：化学吸附)的锂硫电池，以提高锂硫电池的循环性能。为了解决锂硫电池充放电循环寿命短的问题，提出一种在正极材料中添加离子液聚合物来吸附多硫负离子以抑制其产生“穿梭效应”的技术方法，使得制备的锂硫电池库伦效率高、循环寿命长、制作简单、易于实用。离子液聚合物为阳离子型离子液聚合物，例如：聚乙烯基咪唑盐类、聚乙烯基吡啶盐类、聚乙烯基苄铵盐类、聚乙烯基苯并咪唑盐类、聚乙烯基吡咯烷盐类、聚乙烯基哌啶盐类等，阳离子型离子液聚合物分子结构如图1所示；或阴离子型离子液聚合物，例如：聚乙烯基对苯磺酸盐类、聚丙烯酸盐类、聚乙烯基磷酸盐类等，阴离子型离子液聚合物分子结构如图2所示。离子液聚合物的添加方法包括：将离子液聚合物溶于水或其它有机溶剂，然后将离子液聚合物溶液与碳硫复合材料、粘结剂、导电材料混合均匀，将混合好的浆料涂覆在集流体铝箔上并烘干，得到锂硫电池的正极用于组装锂硫电池。本专利技术含离子液聚合物的锂硫电池所采取的技术方案是：一种含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加有离子液聚合物。本专利技术含离子液聚合物的锂硫电池还可以采用如下技术方案：所述的含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：离子液聚合物为阳离子型离子液聚合物聚乙烯基咪唑盐类、聚乙烯基吡啶盐类、聚乙烯基苄铵盐类、聚乙烯基苯并咪唑盐类、聚乙烯基吡咯烷盐类、聚乙烯基哌啶盐类中的一种或几种；阴离子型离子液聚合物聚乙烯基对苯磺酸盐类、聚丙烯酸盐类、聚乙烯基磷酸盐类中的一种或几种。所述的含离子液聚合物的锂硫电池，其特点是：锂硫电池内部结构自下至上为正极集流体、正极材料、多孔隔膜、负极片，含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加的离子液聚合物，单独作为正极材料的粘结剂。本专利技术具有的优点和积极效果是：含离子液聚合物的锂硫电池由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下明显等特点：1、由于在锂硫电池体系中添加了离子液聚合物，离子液聚合物在锂硫电池体系中可以与多硫负离子产生较强的正负离子结合作用，能够有效阻止多硫负离子随电解液迁移到锂负极的作用，抑制“穿梭效应”，有效提高了锂硫电池的库伦效率，延长了电池使用寿命；2、采用的离子液聚合物溶于水或有机溶剂时，具有一定的胶粘特性，可以代替或部分代替锂硫电池的传统粘结剂，从而提升活性物质含量，增加电池能量密度；3、将离子液聚合物应用于锂硫电池中，操作简单，易于大规模生产。附图说明图1是阳离子型离子液聚合物分子结构示意图；图2是阴离子型离子液聚合物分子结构示意图；图3是实施例3制成锂硫电池的充放电比容量及库伦效率图；图4是比较1制成锂硫电池的充放电比容量及库伦效率图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：一种含离子液聚合物的锂硫电池，锂硫电池内部结构自下至上为正极集流体、正极材料、多孔隔膜、负极片，正极材料中添加有离子液聚合物。锂硫电池中正极材料为将含硫材料、离子液聚合物、粘结剂、导电剂按质量比60-80：10-20:0-10:4-30在水或有机溶剂中混合均匀，形成固含量为15-40％的浆料，涂覆在正极集流体上，在真空干燥箱中干燥2-16小时后压制成正极片；正极材料中的含硫材料为单质硫S8、多硫化锂Li2Sn(1≤n≤8)、碳硫聚合物(C2Sx)m(2.5≤x≤50，且m≥2)或硫基复合材料之一种，其中硫基复合材料为单质硫与聚丙烯腈按质量比4-16:1混合后氮气保护下加热至250-400℃并保温1-16小时制成；离子液聚合物为上述离子液聚合物的溶液形式，质量分数为10-50％；正极材料中的粘结剂为有机溶剂型粘结剂或水基粘结剂；正极材料中的导电剂为SP导电剂、石墨烯或多壁碳纳米管导电剂之一种或多种导电剂的混合物；正极集流体为铝箔、铝网、包覆碳的铝箔、包覆碳的铝网、镍网、泡沫镍、不锈钢带、不锈钢网、包覆碳的不锈钢带或包覆碳的不锈钢网之一种；负极片为金属锂片，或锂硅合金、锂锡合金片、锂铝合金片之一种；多孔隔膜为聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯，或聚丙烯和聚乙烯的双层膜之一种。实施例1一种含离子液聚合物的锂硫电池，锂硫电池内部结构自下至上为正极集流体、正极材料、多孔隔膜、负极片，正极材料中添加有离子液聚合物。锂硫电池中正极材料为将含硫材料、离子液聚合物、粘结剂、导电剂按质量比6：1：1：2在水中混合均匀，形成固含量为20％的浆料，涂覆在正极集流体上，在真空干燥箱中干燥10小时后压制成正极片；正极材料中的含硫材料为单质硫S8、多硫化锂Li2Sn(1≤n≤8)、碳硫聚合物(C2Sx)m(2.5≤x≤50，且m≥2)或硫基复合材料之一种，其中硫基复合材料为单质硫与聚丙烯腈按质量比10:1混合后氮气保护下加热至300℃并保温8小时制成；离子液聚合物为上述离子液聚合物的溶液形式，质量分数为30％；正极材料中的粘结剂为有机溶剂型粘结剂或水基粘结剂；正极材料中的导电剂为SP导电剂；正极集流体为包覆碳的铝箔；负极片为金属锂片。实施例2一种含离子液聚合物的锂硫电池，锂硫电池内部结构自下至上为正极集流体、正极材料、多孔隔膜、负极片，正极材料中添加有离子液聚合物。锂硫电池中正极材料为将含硫材料、离子液聚合物、粘结剂、导电剂按质量比70：15：5：10在水或有机溶剂中混合均匀，形成固含量为30％的浆料，涂覆在正极集流体上，在真空干燥箱中干燥8小时后压制成正极片；正极材料中的含硫材料为单质硫S8、多硫化锂Li2Sn(1≤n≤8)、碳硫聚合物(C2Sx)m(2.5≤x≤50，且m≥2)或硫基复合材料之一种，其中硫基复合材料为单质硫与聚丙烯腈按质量比9:1混合后氮气保护下加热至300℃并保温7小时制成；离子液聚合物为上述离子液聚合物的溶液形式，质量分数为20％；正极材料中的粘结剂为有机溶剂型粘结剂或水基粘结剂；正极材料中的导电剂为石墨烯；正极集流体为铝箔；负极片为金属锂片；多孔隔膜为聚丙烯。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含离子液聚合物的锂硫电池，其特征是：含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加有离子液聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种含离子液聚合物的锂硫电池，其特征是：含离子液聚合物的锂硫电池正极材料中添加有离子液聚合物。2.根据权利要求1所述的含离子液聚合物的锂硫电池，其特征是：离子液聚合物为阳离子型离子液聚合物聚乙烯基咪唑盐类、聚乙烯基吡啶盐类、聚乙烯基苄铵盐类、聚乙烯基苯并咪唑盐类、聚乙烯基吡咯烷盐类、聚乙烯基哌啶盐类中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12