[发明专利]锂硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池。

二次电池（充电电池）由于它们的高能量密度和高容量可以作为用于移动信息装置的能量存储装置。它们也可用于工具、电动车辆和混合动力车辆。对于此类电池在电容量和能量密度方面的要求是很高的。特别地它们应当在充电和放电循环中保持稳定，即具有尽可能小的电容量损失。

虽然锂离子电池已经能够具有高充电/放电循环，但是锂硫电池还未达到。但是由于它们的实质上高于常规锂离子电池的（理论的）特殊能量密度，因此这种电池类型的长寿命是值得期待的。

锂硫电池基于锂和硫之间的电化学反应，例如。不利的是，放电期间在硫电极上形成的多硫化物Li₂S_x（1≤x≤8）可在电池的电解质中溶解且也在那保持溶解状态。这种高溶解度导致有效电极质量损失。同时多硫化阴离子可迁移到锂金属电极，它们可在那形成不溶解的产物。这也影响到电池的效率。总的来说，这导致了在充电和放电循环中不能令人满意的短寿命。目前这也限制了锂硫电池的使用。

背景技术

US 6,737,197B2公开了一种锂硫电池，具有例如陶瓷电解质隔膜或玻璃电解质隔膜的固体电解质，它们基本上不包含液体。使用聚合物电解质，例如聚醚类诸如聚氧乙烯，也是公知的。聚合物电解质也可以凝胶形式使用，其包含20%（重量）的有机液体。也可能使用隔膜板。其通过毛细管力在很小的空隙中保持液体电解质。

德国公开文献2334660中公开了一种具有负锂电极、正硫电极和有机电解质的电性蓄电池。提出一种由玻璃纤维或在电解质中稳定的塑料，例如聚丙烯制成的织物作为隔膜。

M.Yoshio,R.J.Brodd,A.Kozawa（编辑）的“锂离子电池(Lithium-Ion Batteries),科学和技术(Science and Technologies)”,2009,Springer,第20章，367-412页概述了可用于锂电池的隔膜。可使用例如由聚丙烯或聚乙烯制成的微孔膜作为隔膜（例如，374页最后一段）。可用作隔膜的微孔膜可同样由例如经热处理的聚乙烯制成的纤维材料制成（379页，完整的第二段）。381页第二段公开了，至今还没有被成功地应用于锂离子电池中的非织造材料，例如纤维素纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进了的关于充电和放电循环的寿命的锂硫电池。

本发明的主题是一种锂硫电池，包括：

（a）含有锂的第一电极；

（b）含有硫和/或硫化锂的第二电极；

（c）在电极（a）和（b）之间的隔膜；

（d）隔膜中的电解质；

其特征在于，隔膜包括由聚合物纤维制成的非织造织物。

术语“锂硫电池”包括例如“锂硫二次电池”、“硫化锂电池”、“锂硫蓄电池”、“锂硫电池单元”以及类似的概念。这意味着术语“锂硫电池”可用作现有技术中对于这种电池类型的常用术语的总称。

具体实施方式

电极

在一个实施例中，第一电极（a）包括金属锂。在电池放电期间，（a）是负电极（阳极），且第二电极（b）是正电极（阴极）。电化学反应式可写成如下形式：

(a)正极:Li→Li⁺+e^-；

(b)负极:S₈+2Li⁺+e^-→Li₂S₈；Li₂S₈→Li₂S_n+(8-n)S。

优选地，正电极包括碳基质，硫和/或硫化锂嵌入到该碳基质中。

在另一个实施例中，负电极包括锂合金。

合适的锂合金优选为具有铝或锡的锂合金，例如LiAl和Li₂₂Sn₅。

锂合金优选嵌入到碳基质中。优选地，在该实施例中，正电极也包括碳基质。

在一个实施例中，负电极包括由锂和锡以及碳组成的合金。放电时的电化学反应可写成如下形式：

(a)阳极：Li₂₂Sn₅+C→22Li⁺+5Sn/C+22e^-;

(b)阴极：11S+C+22Li⁺+22e^-→11Li₂S/C。