【技术实现步骤摘要】
本公开总体上涉及锂-硫电池，更具体地，涉及有机硫阴极、包括其的锂-硫电池及其制造方法，其中通过使聚(1，2-丁二烯)与硫反应形成具有低孔隙率和减小的表面积的有机硫阴极。
技术介绍
1、已知锂-硫电池具有约2600wh/kg的高理论比能。比能通常定义为电芯或电池的能量输出与其重量的比。术语比能等同于术语重量能量密度。这样的电池可以用于商业应用，例如便携式笔记本和计算机、数字和蜂窝电话、个人数字助理等，以及用于更高能量的应用，例如混合动力和电动汽车，以及军事或国防应用。
2、锂硫电池通常包括锂阳极、电解质、多孔隔膜和硫阴极。锂硫电池的放电通常包括将硫转化为多硫化锂(li2sn)，其中n的数量级为8至2，然后将多硫化物还原为固体二硫化锂(li2s2)，最后还原为硫化锂(li2s)。电解质中的可溶性多硫化物(li2sn，3<n<8)可以作为li2s沉积在阳极上或阴极上。当li2s沉积在阴极上时，其在多次充电/放电循环期间堵塞结构孔。此外，由于s和li2s的摩尔体积的差异，还存在体积变化，影响阴极形态。这导致容量随着循环寿命的增加而降低。在充电期间，来自阴极侧的li2s被氧化成高级多硫化物(例如，氧化成s8)，其可以迁移并通过在阳极上反应而还原成低级多硫化物。因此，可溶性多硫化物可以在阴极和阳极之间穿梭，导致锂-硫化学中的过充电和低库仑效率(coulombicefficiency)。
3、常规的硫阴极通常使用大量的导电碳主体材料(至多50重量百分比(wt％))形成，提供所述导电碳主体材料是为了解决硫的低
4、因此，期望减轻由在用导电碳主体材料生产的锂-硫电池中使用硫阴极引起的问题。
技术实现思路
1、在一个示例性实施例中，用于锂-硫电池或电芯的有机硫阴极包括约70％重量至约98％重量的量的硫化聚(1，2-丁二烯)。硫化聚(1，2-丁二烯)是硫和聚(1，2-丁二烯)单体的反应产物。聚(1，2-丁二烯)橡胶单体的量为反应产物的约5％重量至约60％重量，硫的量为反应产物的约40％重量至约60％重量。硫可以是环状八原子硫。有机硫阴极还包括约1％重量至约20％重量范围内的量的导电碳；和量为约0.5至约20％重量的粘合剂，其中重量百分比基于有机硫阴极的总重量。粘合剂为大于约0.5％重量至小于2％重量。导电碳包括碳纳米管。
2、在一个方面，有机硫阴极具有大于约20％至小于约60％的孔隙率。在其他方面，有机硫阴极具有小于40％的孔隙率。
3、反应产物可以进一步包括包含烯烃官能团的共聚单体。烯烃官能团包括乙烯基官能团或烯丙基官能团。共聚单体还包含选自硫化物、二硫化物和多硫化物的硫基团。在这些实施方式中，聚(1，2-丁二烯)橡胶单体的量为反应产物的约5％重量至约60％重量，包含烯烃官能团的共聚单体的量为反应产物的约5％重量至约60％重量，并且硫的量为反应产物的约40％重量至约60％重量。
4、在一个或多个实施方式中，锂-硫电池或电芯包括：阴极集电器；在阴极集电器上的有机硫阴极，其孔隙率在约20％至约60％范围内，其中有机硫阴极包含约70％重量至约98％重量范围内的量的硫化聚(1，2-丁二烯)，其中硫化聚(1，2-丁二烯)是硫和聚(1，2-丁二烯)单体的反应产物；阳极集电器；在阳极集电器上的锂或硅阳极；在有机硫阴极和阳极中间的微孔聚合物隔膜；以及在阳极和有机硫阴极之间的电解质材料。
5、在一个或多个方面，有机硫阴极具有小于40％的孔隙率。
6、粘合剂可以为大于约0.5％重量至小于2％重量。
7、反应产物还包含含有烯烃官能团的共聚单体。烯烃官能团包括乙烯基官能团或烯丙基官能团。共聚单体可以进一步包括选自硫化物、二硫化物和多硫化物的硫基团。
8、在其他实施方式中，锂-硫电池或电芯包括外部连接到负载的阴极集电器。阴极集电器可包含铝。有机硫阴极设置在阴极集电器上，并且具有在约20％至约60％范围内的孔隙率。有机硫阴极包括约70％重量至约98％重量范围内的量的硫化聚(1，2-丁二烯)，其中硫化聚(1，2-丁二烯)是约5％重量至约60％重量范围内的量的聚(1，2-丁二烯)单体与约40％重量至约60％重量范围内的量的环状八原子硫的反应产物。有机硫阴极还包括约1％重量至约20％重量范围内的量的导电碳，和量为约0.5至约20％重量的粘合剂，其中重量百分比基于有机硫阴极的总量。锂-硫电池或电芯还包括外部连接到负载的阳极集电器，其中所述阳极集电器由选自铜、不锈钢、镍、铁、钛、锡(sn)及其合金的一种或多种材料制成。锂或硅阳极设置在阳极集电器上；还具有在阴极和阴极之间的多孔聚合物隔膜。
9、反应产物可以进一步包括包含烯烃官能团和一个或多个选自硫化物、二硫化物和多硫化物的硫化物基团的共聚单体。
10、当结合附图时，根据以下详细描述，本公开内容的上述特征和优点以及其它特征和优点是显而易见的。
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1.一种用于锂-硫电池或电芯的有机硫阴极，所述有机硫阴极包括：
2.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述有机硫阴极具有大于约20％至小于约60％的孔隙率。
3.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述粘合剂大于约0.5％重量至小于2％重量。
4.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述反应产物还包括包含烯烃官能团的共聚单体。
5.根据权利要求4所述的有机硫阴极，其中所述共聚单体还包括选自硫化物、二硫化物和多硫化物的硫基团。
6.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述聚(1，2-丁二烯)橡胶单体的量为约5％重量至约60％重量，并且所述硫的量为所述反应产物的约40％重量至约60％重量。
7.一种锂-硫电池或电芯构造，包括：
8.根据权利要求7所述的锂-硫电池或电芯，其中所述有机硫阴极具有小于40％的孔隙率。
9.根据权利要求7所述的锂-硫电池或电芯，其中所述粘合剂大于约0.5％重量至小于2％重量。
10.根据权利要求7所述的锂-硫电池或电芯，其中所述反应产物还包括包含烯烃
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂-硫电池或电芯的有机硫阴极，所述有机硫阴极包括：
2.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述有机硫阴极具有大于约20％至小于约60％的孔隙率。
3.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述粘合剂大于约0.5％重量至小于2％重量。
4.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述反应产物还包括包含烯烃官能团的共聚单体。
5.根据权利要求4所述的有机硫阴极，其中所述共聚单体还包括选自硫化物、二硫化物和多硫化物的硫基团。
6.根据权利要求1所述的有机硫阴极，其中所述聚(...
【专利技术属性】
技术研发人员：N·哈丁，Y·赵，R·D·施密特，F·戴，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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