[发明专利]锂硫电池

说明书

一种电化学电池，包括：i.阳极，该阳极包含碱金属或碱金属合金或硅；ii.阴极，该阴极包含沉积在集电器上的微粒混合物，所述微粒混合物包含电化学活性硫材料和导电碳材料，其中该阴极的孔隙率小于40％；以及iii.电解质，该电解质具有小于500mM的多硫化物溶解度。

本发明涉及一种电化学电池，特别是锂-硫电池。本发明还涉及一种用于形成用于电化学电池的阴极的方法，特别是锂-硫电池。

背景技术

可以通过向电池施加外部电流来对二次电池诸如锂-硫电池进行再充电。这种类型的可再充电电池具有广泛的潜在应用。当开发锂-硫二次电池时，重要的考虑因素包括重量和体积能量、循环寿命和电池组装的便利性。二次电池的另一个示例是钠-硫电池。

通常，锂-硫电池含有具有高孔隙率(通常60％-80％)的阴极。高孔隙率允许标准电解质渗透阴极，并允许在电池的电解质中进行有效的质量传输，以实现整个阴极的高硫利用率。然而，考虑到阴极的高孔隙率，此类电池的体积能量密度可以相对较低。另外，高孔隙率阴极需要增加电解质负载量(ml_电解质/mg_S)以充分润湿电极并提供足够的离子电导率，这会增加电池重量并降低重量能量密度。高度多孔的阴极也可能缺乏稳健性，例如在受到外部压力时。

附图说明

本发明的各个方面以举例的方式参考附图进行了描述，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施方案的电池的电化学性能数据，其中与通过简单混合形成阴极材料的电池相比，使用球磨形成阴极材料。

图2a示出了根据本发明的一个实施方案的电池的电化学性能数据，其中与非压延阴极相比，采用压延阴极。图2b示出了与非压延高孔隙率阴极相比，采用压延传统(高孔隙率)阴极的电池的电化学性能数据。

图3示出了根据本发明的一个实施方案的电池的电化学性能数据，其中与标准电解质相比，采用高浓度(低多硫化物溶解度)电解质。

图4a示出了根据本发明的一个实施方案的电池的电化学性能数据，其中电池在循环期间经受约0.2MPa的压力。图4b示出了在压力下标准高孔隙率阴极的电化学性能数据。

具体实施方式

在描述本发明的特定示例之前，应当理解的是，本公开不限于本文所公开的特定电池、方法或材料。还应该理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定示例，并不旨在进行限制，因为保护范围将由权利要求及其等同物来限定。

在描述和要求保护本发明的电池和方法时，除非上下文另有明确指示，否则将使用以下术语：单数形式“一种(a)”、“一种(an)”和“该”包括复数形式。因此，例如，“阴极”包括提及一种或多种这些元素。

贯穿本说明书的说明书部分和权利要求部分，词语“包括”和“包含”以及它们的变体意味着“包括但不限于”，并且它们不旨在(并且不)排除其它部分、添加剂、组分、整数或步骤。贯穿本说明书的说明书部分和权利要求部分，除非上下文另有要求，单数涵盖复数。具体地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，说明书应理解为考虑了复数和单数。

根据本发明的一个方面，电化学电池包括：阳极，该阳极包含碱金属或金属合金或硅；以及阴极，该阴极包含沉积在集电器上的微粒混合物，所述微粒混合物包含电化学活性硫材料和导电碳材料，其中阴极的孔隙率小于40％。

根据本发明的一个方面，提供了一种电化学电池，该电化学电池包括：

i.阳极，该阳极包含碱金属或碱金属合金或硅；

ii.阴极，该阴极包含沉积在集电器上的微粒混合物，所述微粒混合物包含电化学活性硫材料和导电碳材料，其中该阴极的孔隙率小于40％；以及

电解质，该电解质具有小于500mM的多硫化物溶解度。