[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。

为了解决以上问题，研究者研究出多种方案，这其中单体原位聚合凝胶电解质是其中比较成功的一种：凝胶电解质的加入，可以在硫电极涂层内形成一张完整的网络结构，将放电后形成的锂硫化合物固定在网络中，限制溶于电解液中的锂硫化物的移动，达到改善电芯性能的目的。但是这种方法，聚合物单体聚合之后往往会有未反应完全的悬键，这些悬键将影响电芯的性能；同时，这种原位聚合的方式不可避免的在阳极一侧也形成聚合物网络结构，从而进一步降低电池的性能。

针对锂硫电池阴极在充放电过程中形成的锂硫化物溶解问题，确有必要开发一种新的锂硫电池体系，既能解决锂硫电池锂硫化物溶解扩散问题，又不影响锂硫电池的电化学性能。

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，该锂硫电池阴极涂层中分布有聚合物网络结构，且从阴极涂层表层到涂层底部（靠近集流体一侧），聚合物含量逐渐递减。上述聚合物网络结构，可以使用最少的聚合物，达到最佳的阻隔锂硫化物向阳极移动；同时，形成这种网络结构的高分子组分为聚合物而非聚合物单体，因此也不存在未反应完全的悬键问题；因此制备出来的电芯具有更加的综合性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池，由阴极、阳极、隔离膜、电解质和外包装组成，

阴极：由集流体和涂敷层组成，涂敷层中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；

阳极：为贫锂物质和/或富锂物质；

隔离膜：具有电子绝缘、离子导通功能的组件；

电解质：由锂盐、非水溶剂和添加剂组成；

所述阴极涂敷层中还分布有聚合物网状结构，且从阴极涂敷层的表层到靠近集流体一侧的涂敷层的底层，所述聚合物的含量逐渐减少。