[发明专利]一种锂硫电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池及其制备方法。

背景技术

自从1991年，碳材料创造性的运用于锂离子电池领域，并带来该领域革命性的变化，即高效而安全的进行多次充放电后，其便被广泛的运用于移动电话、摄像机、笔记本电脑以及其他便携式电器上。与传统的铅酸、Ni-Cd、MH-Ni电池相比，锂离子电池具有更高的比体积能量密度、比重量能量密度、更好的环境友好性、更小的自放电以及更长的循环寿命等，是二十一世纪理想的移动电器电源、电动汽车电源以及储电站用储电器。

然而随着生活品味的提高，人们对移动用电器提出了更轻、更薄、更小、更持久、价格更低的新需求，相应的便对这些设备的供电器件提出了新的要求；能量密度更高、价格便宜；这其中供电器件（电池）能量密度与用户体验息息相关，备受广大消费者的关注，而现阶段提高电池能量密度的方法主要集中在开发新的正/负极材料，开发新型的正极材料对电池能量密度提升效果尤为显著。

目前商品化的正极材料主要是层状或尖晶石结构的锂过渡金属氧化物(如钴酸锂、锰酸锂)和橄榄石结构的磷酸铁锂等。钴酸锂(LiCoO₂)的理论容量相对较大（275mAh/g），但实际放电容量仅160 mAh/g左右，且其价格高，有一定毒性，而且该正极材料在过充时易发生放热分解反应，不仅使电池容量明显下降，同时对电池安全也造成威胁。锰酸锂(LiMn₂O₄)的理论容量为148mAh/g，实际容量低于130mAh/g，且其压实密度不高，能量密度低，稳定性差，在充放电过程中容易引起晶格变形，导致循环效率偏低。磷酸铁锂(LiFePO₄)的理论容量为172mAh/g，但该正极材料压实密度低，制备出来的电芯能量密度相应较小。上述常用锂离子电池正极材料容量普遍不高，同时也均存在一些问题，不能满足电池开发需求。

单质硫的理论比容量为1675mAh/g，远远高于目前商业使用的正极材料的理论必容量，成为当前电池发展的主要趋势。但是在充放电过程中，单质硫会转化为多硫化物，而多硫化物会溶于液体有机电解液中，导致在循环过程中活性物质的损失，更为严重的是，溶解的硫化物将在负极析出形成枝晶，具有极大的刺穿隔离膜的风险，从而导致电池的安全性极差。虽然目前人们发现在全固态的电池结构中，可以解决硫化物溶解并在负极析出问题，但是由于高分子量聚合物的引入，往往会降低液态电解质原本的流动性、增加锂离子的扩散阻力，从而使得液态电解质原本具有的电化学性能降低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种新的锂硫电池及该锂硫电池的制备方法：该锂硫电池含有聚合物电解质，聚合物电解质凝中含有以碳原子为中心、尽量多的接枝丙烯酸酯基的结构；最大限度的接枝丙烯酸酯基，可以使得聚合反应发生后生成的聚合物具有最多的交联聚合点，形成的网络结构“网线”更加致密，因此具有更佳的锁定溶解有硫化物的液态电解质的能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂硫电池，该技术方案如下：

一种锂硫电池，由阴极、阳极、隔离膜、电解质和外包装组成，其特征在于，所述阴极由集流体和涂敷层组成，涂敷层中所包含的阴极活性物质至少含有单质硫、硫基化合物和硫复合物中的一种；所述电解质为凝胶电解质，该电解质包括锂盐、溶剂、添加剂、聚合物组分和引发剂，所述聚合物组分包含由式(I)表示的单体聚合而成的聚合物：

                                                    式（I）               

所述阴极活性物质中的单质硫为升华硫和/或高纯硫；硫基化合物为有机硫化物、Li2Sn（n≥1）和碳硫聚合物(C₂S_v)_m 中的至少一种；所述硫复合物为硫/碳复合物、硫/导电聚合物复合物和硫/无机氧化物中的至少一种。

所述阴极活性物质占整个涂敷层的质量百分比为2%-99%。

式（I）中R1为直链烷基链、含有侧基的烷基链或含有苯环的链段。

式（I）中R2为丙烯酸基或含有α-侧基的丙烯酸酯基。

所述式(I)表示的单体选自季壬四醇四丙烯酸酯、季壬四醇四(α-甲基)丙烯酸酯、季壬四醇四(α-乙基)丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四(α-甲基)丙烯酸酯和季戊四醇四(α-乙基)丙烯酸酯中至少一种。