一種鋰硫電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰硫電池，尤其是一種基于電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極的鋰硫電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與市場(chǎng)上主流的鋰離子電池相比，鋰硫電池?fù)碛星罢?~5倍的理論能量密度，因而對(duì)鋰硫電池的研宄不斷深入；然而，鋰硫電池仍然存在容量下降劇烈、能量效率低的問題，其主要原因是活性物質(zhì)硫的損失；一方面，在充放電過程中，不可避免的存在“氧化穿梭效應(yīng)”，即在硫電極產(chǎn)生的多硫化物會(huì)擴(kuò)散至電解液中，從而導(dǎo)致容量的下跌；當(dāng)多硫化物擴(kuò)散至鋰負(fù)極時(shí)，它們會(huì)與鋰金屬反應(yīng)生成Li2Sx，與此同時(shí)，部分還原產(chǎn)物L(fēng)i2S4會(huì)擴(kuò)散回到硫電極并進(jìn)一步反應(yīng)；另一方面，多硫化物與鋰金屬反應(yīng)的最終還原產(chǎn)物L(fēng)i2S2和Li 2S2均不具有導(dǎo)電性，部分產(chǎn)物還會(huì)沉積在鋰金屬表面，從而失去電化學(xué)活性形成“死鋰”，導(dǎo)致部分硫的損失，受“氧化穿梭效應(yīng)”和“死鋰”的限制，鋰硫電池的容量下降劇烈，很難在300個(gè)循環(huán)以后仍然保持較高的比容量，因而鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性差，能量效率低，使用壽命短的根本原因在于活性物質(zhì)硫的損失，這也是鋰硫電池很難市場(chǎng)化的一個(gè)重要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極(EM-硫電極)的鋰硫電池及其硫電極制備方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，一種鋰硫電池，包括硫電極、鋰金屬電極以及設(shè)置在所述硫電極和鋰金屬電極之間的隔膜和電解液，其中，所述的硫電極為EM-硫電極。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的鋰硫電池，其特征在于:所述硫電極中的活性材料為通過溶液法或其他方法制備的碳硫復(fù)合物，制備方法可見參考文獻(xiàn)為L(zhǎng).-X.Miao,W.-K.Wang, A.-B.Wang, K.-G.Yuan, Y.-S.Yangb, J Mater Chem A, I (2013) 11659-11664。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的硫電極，其特征在于:用于修飾的硫電極為碳硫復(fù)合物與導(dǎo)電劑、粘合劑按照一定比例的混合涂布制備；其中，粘合劑在碳硫復(fù)合物、導(dǎo)電劑和粘合劑總質(zhì)量中的百分比為2°/『15%，導(dǎo)電劑在碳硫復(fù)合物、導(dǎo)電劑和粘合劑總質(zhì)量中的百分比為2°/『15%，碳硫復(fù)合物在碳硫復(fù)合物、導(dǎo)電劑和粘合劑總質(zhì)量中的百分比為70%~96%。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的硫電極，其特征在于:所述用于修飾的硫電極用的粘合劑為聚偏氟乙烯類的油性粘合劑，導(dǎo)電劑為乙炔黑或氧化炭黑。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，EM-硫電極的制備方法，其特征在于由以下幾個(gè)步驟完成:
(I)將碳硫復(fù)合物與導(dǎo)電劑、粘合劑按照一定比例的混合，溶于N-甲基吡咯烷酮制備楽料涂布于集流體，經(jīng)干燥制備用于修飾的硫電極。
[0009](2)將高氯酸鋰，3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)溶于水或乙腈中，并超聲分散。
[0010](3)將步驟⑴中制備的前驅(qū)體與對(duì)電極插入步驟(2)配置的溶液中，接入電化學(xué)工作站，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)碾妷?，掃描速度和電聚合次?shù)進(jìn)行電聚合修飾。
[0011](4)取出電聚合法修飾的硫電極，用乙醇溶液清洗干凈，并于50攝氏度到120攝氏度干燥。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的電聚合法，其特征在于:步驟2中，所述電聚合的溶液為高氯酸鋰的水溶液或乙腈溶液與單體為3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的混合溶液，其中，高氯酸鋰和EDOT在電聚合溶液中的濃度分別為0.l~lmol/L和0.05-0.5mol/L。
[0013]步驟2中，超聲分散的時(shí)間為30_90min。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的電聚合法，其特征在于:所述電聚合的電壓區(qū)間為:
(1)高氯酸鋰與3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的水溶液，-0.5V-1.3V ；
(2)高氯酸鋰與3，4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的乙腈溶液，-0.3V-1.1V。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的電聚合法，其特征在于:所述電聚合的掃描速率
0.2V/SO
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述的電聚合法，其特征在于:所述EM-硫電極表面薄膜厚度通過控制電聚合次數(shù)控制。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，一種制備鋰硫電池的方法，其特征在于:包括如下步驟:制備用于修飾的硫電極的步驟，制備EM-硫電極的步驟，以及制備扣式電池或軟包裝電池的步驟。
[0018]本發(fā)明提供了一種基于電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極的鋰硫電池及其硫電極制備方法，通過在用于修飾的硫電極表面聚合一層厚度可控的薄膜，阻擋多硫化物在充放電過程中擴(kuò)散到電解液中，削弱“氧化穿梭效應(yīng)”，提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。
[0019]本發(fā)明制備的電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極(EM-硫電極)，以此EM-硫電極為正極制備的鋰硫電池具有循環(huán)穩(wěn)定性好，能量效率高，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；本發(fā)明制備的EM-硫電極的鋰硫電池性能測(cè)試，以本領(lǐng)域常規(guī)的方法，即組裝成扣式半電池或全電池進(jìn)行充放電測(cè)試考察。
【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例1的未修飾硫電極的循環(huán)次數(shù)-比容量曲線。
[0021]圖2為實(shí)施例2的電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極的循環(huán)次數(shù)-比容量曲線。
[0022]圖3為實(shí)施例3的電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極的循環(huán)次數(shù)-比容量曲線。
[0023]圖4為實(shí)施例1，2，3中不同硫電極的循環(huán)次數(shù)-比容量對(duì)比曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面，結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明一種基于電聚合法導(dǎo)電高分子薄膜修飾的硫電極的鋰硫電池及其制備方法做詳細(xì)說明。
[0025]在本發(fā)明實(shí)施方式中的碳硫復(fù)合材料為核殼結(jié)構(gòu)，但本申請(qǐng)的碳硫復(fù)合材料不限于核殼結(jié)構(gòu)，還可以為介孔碳、碳納米管或其它可包覆硫的碳客體材料。
[0026]本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述的碳硫復(fù)合材料為CB0S，其制備方法為溶液法。
[0027]實(shí)施例1用于修飾的硫電極的制備
將碳硫復(fù)合物，粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑按照一定比例混合并球磨30分鐘制備用于修飾的硫電極。
[0028]其中，粘合劑為聚偏氟乙烯，在用于修飾的硫電極中的質(zhì)量百分比為5% ;導(dǎo)電