[发明专利]一种具有功能保护层的锂硫极片及其制备方法与应用

说明书

一种具有功能保护层的锂硫极片及其制备方法与应用，涉及锂硫电池。所述具有功能保护层的锂硫极片设有锂硫极片，在锂硫极片表面涂覆保护层，所述保护层为荷负电离子化合物保护层，或荷负电离子化合物和离子传导型聚合物共混物保护层。所述具有功能保护层的锂硫极片的制备方法，包括如下步骤：(1)将荷负电离子化合物或荷负电离子化合物和离子传导型聚合物的共混物、粘结剂和溶剂混合后球磨，得浆液；(2)将浆液涂布于锂硫极片表面，干燥后，即得具有功能保护层的锂硫极片。所述具有功能保护层的锂硫极片可在制备锂硫电池中应用。

技术领域

本发明涉及锂硫电池，具体是涉及一种具有功能保护层的锂硫极片及其制备方法与应用。

背景技术

随着电动汽车等领域的发展，对于锂离子电池等化学电源体系的容量和功率提出了更高的要求，因此电池的安全性也得到越来越多的重视。锂硫电池是锂电池的一种，锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。

目前锂硫电池存在的问题主要有：

第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10^-30S·cm^-1)，反应的最终产物Li₂S₂和Li₂S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能。

第二、锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中，增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移(Shuttle效应)，导致活性物质损失和电能的浪费。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极，与负极反应，破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。

第三、锂硫电池的最终放电产物Li₂S_n(n＝1～2)电子绝缘且不溶于电解液，沉积在导电骨架的表面；部分硫化锂脱离导电骨架，无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者更高阶的多硫化物，造成了容量的极大衰减。

第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm^-3，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减；这种体积效应在纽扣电池下不显著，但在大型电池中体积效应会放大，会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构。

第五、锂硫电池使用金属锂作为负极，除了金属锂自身的高活性，金属锂负极在充放电过程会发生体积变化，并容易形成枝晶。

第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多，单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm^-2以下，开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。

针对以上问题的解决办法通常从电极材料的修饰和结构设计以及电解液添加剂两方面入手。如专利CN104852025A公布的改性的氧化石墨烯包覆的微米级硫颗粒，纳米硫颗粒和中空硫颗粒，所制备的复合电极电极材料具有循环性能好，倍率性能高，在储能领域有着广阔的应用前景。专利CN104485449A中用不饱和碳碳双键的聚合物与单质硫形成碳包覆的硫材料，此方法制备的复合材料的硫含量比较高，工艺简单，成本低廉。专利CN103855425A中用硅烷醚类的一种或多种作为电解液添加剂，这种电解液具有粘度低、电导率高、阻聚硫离子穿梭性好等特性。因此阻碍聚硫离子在正负极之间的迁移是提高锂硫电池容量的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有功能保护层的锂硫极片。

本发明的另一目的在于提供具有功能保护层的锂硫极片的制备方法。