[发明专利]具有可变形且导电准固体电极的形状适形的碱金属-硫电池

权利要求书

1.一种碱金属-硫电芯，所述碱金属-硫电芯包括：

(a)准固体阴极，所述准固体阴极含有按体积计从30％至95％的含硫阴极活性材料、按体积计从5％至40％的含有溶解在溶剂中的碱金属盐并且不含有溶解在或分散在所述溶剂中的离子传导聚合物的第一电解质、和按体积计从0.01％至30％的导电添加剂，其中所述含硫阴极活性材料包括硫、金属-硫化合物、硫-石墨烯复合材料、硫-石墨复合材料、有机硫化合物、硫-聚合物复合材料、或其组合，并且其中所述导电添加剂含有导电长丝并形成电子传导通路的3D网络，由此使得所述准固体阴极具有从10^-6S/cm至300S/cm的电导率，其中所述第一电解质处于过饱和状态以形成准固体电解质；

(b)阳极；以及

(c)设置在所述阳极与所述准固体阴极之间的离子传导膜或多孔隔膜。

2.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阳极包括准固体阳极，所述准固体阳极含有按体积计从1.0％至95％的阳极活性材料、按体积计从5％至40％的含有溶解在溶剂中的碱金属盐的第二电解质、和按体积计从0.01％至30％的导电添加剂，其中所述导电添加剂含有导电长丝并形成电子传导通路的3D网络，由此使得所述准固体阳极具有从10^-6S/cm至300S/cm的电导率。

3.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述导电长丝选自碳纤维、碳纳米管、针状焦炭、碳晶须、导电聚合物纤维、导电材料涂覆的纤维、金属纤维、金属线、其组合、或其与非长丝导电颗粒的组合。

4.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阴极具有从10^-3S/cm至10S/cm的电导率。

5.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述准固体阴极含有按体积计从0.1％至20％的导电添加剂。

6.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述准固体阴极含有按体积计从1％至10％的导电添加剂。

7.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阴极活性材料的量占所述阴极的按体积计从40％至90％。

8.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阴极活性材料的量占所述阴极的按体积计从50％至85％。

9.如权利要求2所述的碱金属-硫电芯，其中，所述第二电解质处于过饱和状态。

10.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述溶剂选自水、有机溶剂、离子液体、或有机溶剂和离子液体的混合物。

11.如权利要求2所述的碱金属-硫电芯，其中，所述第一电解质或所述第二电解质含有选自以下的溶剂：水、有机溶剂、离子液体、或有机溶剂和离子液体的混合物。

12.如权利要求1所述的碱金属-硫电芯，其中，所述阳极含有选自由以下组成的组的阳极活性材料：

(a)锂金属或锂金属合金的颗粒、薄膜、或箔；

(b)天然石墨颗粒、人造石墨颗粒、中间相碳微球(MCMB)、针状焦炭、碳纳米管、和碳纤维；

(c)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、铁(Fe)、和镉(Cd)；

(d)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al或Cd与其他元素的合金或金属间化合物，其中所述合金或化合物是化学计量的或非化学计量的；

(e)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ni、Co、Ti、Mn或Cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物、及其混合物或复合物；

(f)(a)-(e)中材料的预锂化型式；

(g)预锂化石墨烯片；以及

它们的组合。