[发明专利]导电和液体保持结构

说明书

技术领域

本公开内容涉及一种用于在二次电池中液体保持(liquid-retaining)电解质的结构。

背景技术

二次电池是其中通过氧化和还原的化学反应使化学能和电能彼此转化并且反复充电和放电的电池，并且通常包括正极、负极、分隔膜(separationmembrane)、和电解质的四个基本要素(元件)。将正极和负极统称为电极，并且还将实际上引起在电极材料的组成要素中的反应的物质称为活性物质。

在二次电池中，由于高质量比的能量密度，锂硫电池作为下一代电池候选者已经受到关注。锂硫电池利用硫作为正极活性物质以及锂金属作为负极活性物质。作为正极活性物质的硫的理论容量非常高，为1675mAh/g，但是由于各种问题实际表示的容量比理论容量低得多。

在锂硫电池中，在充电/放电反应过程期间，硫以Li-聚硫化物(Li-PS)的形式溶解并且释放(排放，discharge)在电解质中。当通过还原作用使溶解和释放在电解质中的Li-PS穿过分隔膜然后移动至负极以引起在负极中不必要的反应时，显示出充电迟延现象并且被称为穿梭现象(shuttlephenomenon)，这降低电池的寿命。另外，当将移动至负极的Li-PS还原并且在负极中沉积为作为非导体的Li₂S和Li₂S₂时，引起了活性物质的损失从而降低了电池容量。

作为适用于高能量密度目标值的电池设计的结果，由于要求高负载的正极，所以难以表现为电池容量。因此，对于高负载正极需要保持液体的电解质，并且众所周知当插入玻璃过滤器(glassfilter)(G/F)时在电极中表现为高负载(2.5mg/cm²_S)或更高的容量。

然而，仅通过G/F结构的液体保持结构在使用具有5mg/cm²_S或更高负载的正极的二次电池中反应位点是不够的。

在二次电池中使用的分隔膜具有绝缘性能以防止在穿透锂离子和电解质时负极和正极短路。通常，使用聚烯烃类分隔膜并且Li离子移动以及Li-PS可以同时移动至存在于膜中的孔中。

然而，由于仅通过由分隔膜阻止二次穿梭现象没有有效地扩展电池寿命，所以在正极本身要求防止二次穿梭现象的技术。

在该背景部分中公开的上述信息仅是为了增强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含并不形成在这个国家对于本领域普通技术人员已经已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开内容致力于解决与现有技术相关的上述问题。

本公开内容已经致力于在二次电池中提供电解质液体保持结构(electrolyteliquid-retainingstructure)，通过表现电池的容量并提供反应位点所述二次电池具有增强电池性能的优点。

进一步地，本公开内容已经致力于提供一种液体保持结构(保液结构，liquid-retainingstructure)，所述液体保持结构用作液体保持结构和防止穿梭现象的正极本身的保护层。

根据本发明构思的一个示例性实施方式，锂硫二次电池包括负极、导电和液体保持结构(conductiveandliquid-retainingstructure)、和正极。导电和液体保持结构具有5至100μm的厚度、10至120g/m²的面积重量(单位面积重量，面重量，arealweight)、以及70至95％的孔隙率，并且用亲水聚合物涂覆或层压。

根据本发明构思的另一个示例性实施方式，锂硫二次电池包括负极、导电和液体保持结构、和正极。导电和液体保持结构具有5至100μm的厚度、10至120g/m²的面积重量、以及70至95％的孔隙率，并且用亲水聚合物层压。

亲水聚合物可以是选自由聚乙二醇(PEG)、聚磺苯乙烯(聚苯乙烯磺酸酯)(PSS)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚氧化乙烯(聚环氧乙烷)(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、以及它们的共聚物组成的组中的一种或多种。

导电和液体保持结构可以在将活性物质浇铸(铸塑，浇注，流延，涂覆，casting)并层压在正极上之后与负极和分隔膜一起装配或者在电池装配过程中装配在分隔膜和正极之间。