一種鋰離子-硫二次電池的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明是關于電化學領域儲能電池的，尤其涉及一種鋰離子-硫二次電池及其制 備方法。該電池可應用于應急電源、太陽能電站、風能電站、電動汽車等領域。
【背景技術】
[0002] 在鋰離子二次電池體系中，低比容量的正極材料（LiFePOjP LiCoO4理論比容量 分別為170mAh/g、274mAh/g) -直是制約其發(fā)展的主要因素因此，開發(fā)一種比容量高、循環(huán) 壽命長、安全性能高的正極材料尤為重要。作為正極材料，單質硫具有最高的理論比容量 (1675mAh/g)，理論比能量為2600Wh/kg;此外，單質硫還具有低毒性、存儲量大、價格低廉 等優(yōu)勢。因此，單質硫是一種非常具有應用前景的正極材料。金屬鋰是目前廣泛應用的電 池負極材料，但鋰負極在充放電過程中易產生鋰枝晶，若枝晶逐漸生長，則會刺穿隔膜延 伸至正極導致內部短路，引起火災或爆炸。本發(fā)明的新型電池利用電解液中的鋰離子和多 硫離子在碳基體上的嵌入和脫出來實現電池的充放電，從而避免使用金屬鋰帶來的安全問 題。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的，是提供一種可充放電的新型鋰離子-硫二次電池的制備方法。該 電池正極采用多孔碳材料，安全、價廉；負極采用不含金屬鋰的材料，電池安全性提高；電 解液采用含硫化鋰的有機電解液，通過循環(huán)栗使電解液可以循環(huán)流動，從而保證電解液中 活性物質濃度的穩(wěn)定；并且可根據用電需要將多個電池串聯(lián)成電池組使用。總之，該電池是 一種成本低、循環(huán)性能好的新型二次電池。
[0004] 本發(fā)明通過如下技術方案予以實現。
[0005] -種鋰離子-硫二次電池的制備方法，具有如下步驟：
[0006] (1)電池正極采用多孔碳材料，負極采用可嵌入鋰離子的天然石墨、人工石墨、中 間相碳微球、金屬錫及錫合金、硅及硅基合金、二氧化錫、氧化錫、二氧化鈦或者鈦酸鋰材 料；當負極材料為金屬錫及錫合金、硅及硅基合金、二氧化錫、氧化錫、二氧化鈦或者鈦酸鋰 材料，則需要加入乙炔黑，上述負極材料與乙炔黑的質量比為8:1 ;
[0007] (2)正極導電基體材料為碳纖維氈、碳纖維紙或鈦金屬網；負極基體材料為碳纖 維氈、碳纖維紙、鈦金屬網、鎳金屬網、不銹鋼網或銅網；
[0008] (3)將步驟⑴的正極材料與粘結劑按照1:0. 1~0. 5重量比混合，涂在正極導電 基體材料上，作為電池的正極；
[0009] (4)將步驟（1)的負極材料與粘結劑按照1:0. 1~0. 5重量比混合，涂在負極導電 基體材料上，作為電池的負極；
[0010] (5)正極電解液為0.005~lmol/L多硫化鋰溶液，溶質為多硫化鋰，溶劑為 1，3-二氧五環(huán)的環(huán)烴衍生物、乙二醇二甲醚的直鏈醚類、四氫呋喃的環(huán)狀醚類中的一種或 幾種的任意比例的混合液；此外，混和液中添加0. 2~I. 5mol/L雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰或 硝酸鋰來增加溶液導電性；
[0011] (6)負極電解液為0. 1~lmol/L的硝酸鋰溶液，溶質為硝酸鋰，溶劑為含有Imol/ L雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的1，3-二氧五環(huán)和乙二醇二甲醚任意比例的混合液；
[0012] (7)用陽離子交換膜將單個電解池分隔為電池正極室和電池負極室；將正極電解 液與正極放入正極室內，將負極電解液與負極放入負極室內，正極室和負極室與外界隔絕， 組成一個完整的電池；
[0013] (8)由一個及以上步驟（7)中所述的電池串聯(lián)在一起組成一個電池組，各個電池 的正極連接在一起作為電池組的正極，各個電池的負極連接在一起作為電池組的負極，電 池組的正極和負極通過導電材料與外界用電器或充電設備相連接；
[0014] (9)在步驟（8)電池組基礎上將各個正極室、負極室分別與正極儲液罐、負極儲液 罐相連接，通過兩循環(huán)栗分別使正極儲液罐中的正極電解液與負極儲液罐中的負極電解液 循環(huán)使用；
[0015] 所述步驟（1)的多孔碳材料為比表面積為1000~2000m2/g、孔徑為0. 1~3nm的 碳材料。
[0016] 所述步驟（3)或⑷的粘結劑為聚四氟乙烯、偏四氟乙烯、海藻酸鈉、聚乙烯醇、羥 甲基纖維素鈉或者聚氨酯。
[0017] 所述步驟（7)的陽離子交換膜為磺酸型的、帶有固定基團和可解離的離子，并由 具有選擇透過性的高分子材料制成。
[0018] 本發(fā)明的鋰離子-硫二次電池通過電解液的循環(huán)流動，可明顯改善電池容量衰減 情況，單個電池首次放電比容量達4568mAh/dm2,是普通扣式鋰硫電池首次放電比容量的兩 倍以上；并且可以根據用電需要增加或減少電池組內電池的個數，比普通鋰硫電池的實際 應用性更強。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明鋰離子-硫二次電池的結構示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明鋰離子-硫二次電池的前三圈充放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0022] 參見圖1，本發(fā)明鋰離子-硫二次電池的正極采用多孔碳材料，負極采用可嵌入鋰 離子的天然石墨、人工石墨、中間相碳微球、金屬錫及錫合金、硅及硅基合金、二氧化錫、氧 化錫、二氧化鈦或者鈦酸鋰材料，當負極材料為金屬錫及錫合金、硅及硅基合金、二氧化錫、 氧化錫、二氧化鈦或者鈦酸鋰材料，則需要加入乙炔黑，上述負極材料和乙炔黑按照質量比 例為8:1。正極導電基體材料為碳纖維氈、碳纖維紙或鈦金屬網；負極基體材料為碳纖維 氈、碳纖維紙、鈦金屬網、鎳金屬網、不銹鋼網或銅網。正極材料與粘結劑按照1:0. 1~0. 5 重量比混合，涂在正極導電基體材料上，作為電池的正極；負極材料與粘結劑按照1:0. 1~ 0. 5重量比混合，涂在負極導電基體材料上，作為電池的負極。正極電解液為0. 005~Imol/ L多硫化鋰溶液，溶質為多硫化鋰，溶劑為1，3-二氧五環(huán)的環(huán)烴衍生物、乙二醇二甲醚的 直鏈醚類、四氫呋喃的環(huán)狀醚類中的一種或幾種的任意比例的混合液；此外，混和液中添加 0. 2~I. 5mol/L雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰或硝酸鋰來增加溶液導電性。負極電解液為0. 1~ lmol/L的硝酸鋰溶液，溶質為硝酸鋰，溶劑為含有l(wèi)mol/L雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的1，3-二 氧五環(huán)和乙二醇二甲醚任意比例的混合液。用陽離子交換膜將單個電解池分隔為電池正極 室和電池負極室；將正極電解液與正極放入正極室內，將負極電解液與負極放入負極室內， 正極室和負極室與外界隔絕，組成一個完整的電池。
[0023] 由一個及以上的電池串聯(lián)在一起組成一個電池組，各個電池的正極連接在一起作 為電池組的正極，各個電池的負極連接在一起作為電池組的負極，電池組的正極和負極通 過導電材料與外界用電器或充電設備相連接。電池組的各個正極室、負極室分別與正極儲 液罐、負極儲液罐相連接，通過兩循環(huán)栗分別使正極儲液罐中的正極電解液與負極儲液罐 中的負極電解液循環(huán)使用。
[0024] 實施例1
[0025] (1)電池正極使用超導炭黑BP2000,負極使用可嵌入鋰離子的人工石墨；
[0026] (2)正極導電基體材料、負極導電基體材料均為鈦金屬網；
[0027] (3)將超導炭黑BP2000與聚四氟乙烯按1:0. 1重量比混合后，涂在正極導電基體 材料上，作為電池的正極；
[0028] (4)將人工石墨和聚四氟乙烯按1:0. 1重量比混合后，涂在負極導電基體材料上， 作為電池的負極；
[0029] (5)正極電解液為0· 005mol/L多硫化鋰溶液，溶劑為含有l(wèi)mol/L硝酸鋰的 1，3-二氧五環(huán)和乙二醇二甲醚任意比例的混合液；
[0030] (6)負極電解液為0· lmol/L的硝酸鋰溶液，溶劑為含有l(wèi)mol/L雙三氟甲燒磺酰亞 胺鋰的1，3-二氧五環(huán)和乙二醇二甲醚任意比例的的混合液；
[0031] (7)用陽離子交換膜將單個電解池分隔為電池正極室和電池負極室；將正極電解 液與正極放入正極室內，將負極電解液與負極放入負極室內，正極室和負極室與外界隔絕， 組成一個完整的電池；
[0032] (8)由四十個步驟（7)中所述的電池串聯(lián)在一起組成一個電池組，各個電池的正 極連接在一起作為電池組的正極，各個電池的負極連接在一起作為電池組的負極，電池組 的正極和負極通過導電材料與外界用電器或充電設備相連接；
[0033] (9)在步驟（8)電池基礎上將正極室、負極室分別與正極儲液罐、負極儲液罐相連 接，通過兩循環(huán)栗分別使正極儲液罐中的正極電解液與負極儲液罐中的負極電解液循環(huán)使 用。
[0034] 實施例2
[003