[发明专利]锂硫电池氟化物稳定层和制备方法及锂硫电池

说明书

本发明公开了锂硫电池氟化物稳定层和制备方法及锂硫电池，氟化物稳定层位于锂硫电池正极和隔膜界面区域，氟化物包覆于正极表面或隔膜表面，或夹于正极与隔膜之间；所述的氟化物为氟化碳或具有电化学活性的金属氟化物及其复合物。本发明提供的锂硫电池氟化物稳定层是将上述氟化物刮涂或旋涂或沉积于正极或隔膜或碳网表面。本发明中的氟化物稳定层可以有效减缓充放电循环过程中正极表面裂纹的产生，增强正极的强度，同时减缓负极金属锂的腐蚀，提升锂硫电池的寿命和安全性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂硫电池氟化物稳定层和制备方法及锂硫电池。

背景技术

随着环境问题的日益突出，清洁能源得到大力发展，同时，人们对电动汽车等绿色交通工具的需求逐渐增大，因而，高能量密度、长循环寿命和高安全性能成为化学电源的发展方向。锂硫电池作为一种新型二次电池，能量密度高达2600Wh/kg，是目前商业化锂离子电池的3～5倍，并且，锂硫电池的正极活性物质单质硫来源广泛，且环境友好，因而，锂硫电池得到广泛研究和发展。

目前，锂硫电池面临的主要问题如下：第一，在充放电循环过程中，单质硫放电形成的中间产物多硫化物容易溶解于电解液而发生在正极和负极之间的穿梭效应，进而引起正极失效和负极腐蚀，电池容量大幅度衰减；第二，由于单质硫和放电产物硫化锂的密度不同，导致正极在充放电过程中产生较大的体积变化，引起电极破坏。针对第一个问题，主要采用多孔碳等材料对单质硫及多硫化物进行物理束缚，或者通过氧化物、硫化物等物质与多硫化物的化学作用减缓穿梭效应，使得锂硫电池的循环稳定性能得到一定提升。然而，对于锂硫电池中由于体积效应引起的电极破坏问题，研究相对较少。在锂硫电池中，正极在放电、充电过程中发生从固相到液相再到固相的可逆、反复转变，因而增加了电极结构的不稳定性。为了进一步提升锂硫电池的循环稳定性和安全性，促进其产业化进程，提升锂硫电池电极的稳定性很有必要。

发明内容

基于此，本发明的目的是，提供一种锂硫电池氟化物稳定层和制备方法及锂硫电池。解决锂硫电池多硫化物穿梭、正极结构破坏和负极金属锂腐蚀的问题，提升锂硫电池的循环稳定性和安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种锂硫电池氟化物稳定层，所述的氟化物稳定层为氟化物制成，该氟化物稳定层位于正极和隔膜界面区域，氟化物包覆于正极表面或隔膜表面，或夹于正极与隔膜之间；氟化物为氟化碳或具有电化学活性的金属氟化物及其复合物。

所述的锂硫电池氟化物稳定层，厚度为10nm～10μm。

进一步，氟化碳为CF_x，0<x<1.3。

氟化碳为氟化石墨、氟化软碳、氟化碳纳米管、氟化碳纤维和氟化石墨烯等中的一种或几种。

进一步的，电化学活性是以金属锂为对电极能够可逆地进行多电子得失反应。

其中，所述的金属氟化物及其复合物为MgF₂、AlF₃、TiF₃、VF₃、MnF₃、FeF₂、FeF₃、CoF₃、NiF₂、CuF₂、AgF₂、CdF₂、HgF₂、BiF₃中的一种或几种或与碳类或者金属类或金属氧化物或金属硫化物的复合物。

该锂硫电池氟化物稳定层的制备方法是将氟化物通过刮涂或旋涂或沉积包覆于正极表面或隔膜表面或碳网表面。进一步的，所述的正极表面为正极接触隔膜的一面，隔膜表面为隔膜接触正极的一面，碳网表面为碳网双面。

该锂硫电池氟化物稳定层，可用于制备锂硫电池。