锂离子电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种锂离子电池，其包括：正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，其特征在于，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sx1或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sx1中x1为1至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中x2为1至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。
【专利说明】锂离子电池
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种硫基聚合物锂离子电池。
【背景技术】
[0002]硫作为锂离子电池正极活性材料，具有比容量高、资源丰富、成本低等优点，有望成为新一代锂离子电池的正极材料，目前已经成为锂离子电池领域的研究热点。
[0003]现有的作为正极活性材料的硫通常为分散在导电剂中的硫单质颗粒，硫单质颗粒的粒径较大，通常为微米级。在锂硫电池放电的过程中，硫颗粒中位于外表面的硫首先发生反应，被还原成导电性较差的Li2S和Li2S2，该先形成的Li2S和Li2S2会以固态膜的形式逐渐覆盖到未反应的内层硫表面，最终阻碍了电解质与硫单质颗粒中内层硫的电化学反应，降低了硫单质颗粒的活性面积。[0004]为使电解质与硫单质颗粒进行充分的电化学反应，锂硫电池通常采用能溶解Li2S和Li2S2的液态电解质。然而，在该锂硫电池放电的过程中，该硫单质颗粒所进行的还原反应为多步反应，其中间产物为可溶性多硫化物，该可溶性多硫化物会溶解在所述液态电解液中，导致不可逆的硫损耗，并最终降低了该锂硫电池的电池容量。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种硫基聚合物锂离子电池，该锂离子电池中的硫颗粒能进行充分的电化学反应且由中间产物多硫化物的溶解所引起的硫损耗较小。
[0006]一种锂离子电池，其包括:正极，该正极包括正极活性材料；负极，该负极与该正极间隔设置；以及电解质，该电解质设置在该正极与负极之间，
其中，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sxl或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sxl中Xl为I至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中X2为I至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。
[0007]与现有技术相比较，所述硫化聚并吡啶中的多硫基团Sxl或单质硫粒子的粒径很小且均匀分散，每个多硫基团Sxl或单质硫粒子均直接与聚丙吡啶基体接触，使在锂离子电池放电的过程中，该较小粒径的多硫基团Sxl或单质硫粒子可充分与电解质发生电化学反应，增大了正极活性材料的活性面积，同时，在所述凝胶电解质中，游离的液体很少，从而使硫或硫电化学反应过程中的中间产物多硫化物很少能溶解在该凝胶电解质中，使硫损耗减少，并进一步增大了锂离子电池的电池容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施例提供的锂离子电池结构示意图。
[0009]图2为本发明实施例硫化聚并吡啶、单质硫及聚并吡啶的拉曼光谱比较图。
[0010]图3为本发明实施例1和对比例I的锂离子电池放电循环性能测试比较图。【具体实施方式】
[0011]以下将结合附图详细说明本发明实施例的锂离子电池。
[0012]请参阅图1，本发明提供一种锂离子电池1，该锂离子电池I包括正极2，负极3，以及电解质4。该正极2与负极3间隔设置，该电解质4设置在该正极2与负极3之间。
[0013]该正极2可包括正极集流体22及正极材料层24，该正极集流体22用于担载该正极材料层24并传导电流，形状可以为箔片或网状。该正极集流体22的材料可以选自铝、钛或不锈钢。该正极材料层24设置在该正极集流体22至少一表面。该正极材料层24包括正极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与所述正极活性材料均匀混合。
[0014]该负极3可包括负极集流体32及负极材料层34，该负极集流体32用于担载该负极材料层34并传导电流，形状可以为箔片或网状。该负极集流体32的材料可以选自铜、镍或不锈钢。该负极材料层34设置在该负极集流体32至少一表面。该负极材料层34包括负极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与所述负极活性材料均匀混合。
[0015]该正极材料层24与该负极材料层34相对设置并与该电解质4接触。该电解质4可为凝胶电解质膜。具体地，该正极2、凝胶电解质膜及负极3层叠并接触设置，所述凝胶电解质膜设置在所述正极2和负极3之间。该凝胶电解质膜具有离子导电性，且无电子导电性，因此，该凝胶电解质膜具有隔离正极和负极的作用。
[0016]该正极材料层24与该负极材料层34可以采用相同的导电剂及粘结剂。该导电剂可以为碳素材料，如碳黑 、导电聚合物、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管及石墨中的一种或多种。该粘结剂可以是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏(二)氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、氟类橡胶、三元乙丙橡胶及丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种。
[0017]可以理解，上述正极集流体22、负极集流体32、导电剂及粘结剂的材料不限于所列举的种类，可以分别选用本领域的其它常规材料。
[0018]另外，该锂离子电池I可进一步包括一外壳5，该正极2，负极3及电解质4容置于该外壳中。
[0019]下面将具体介绍该锂离子电池I的正极活性材料、负极活性材料及电解质4。
[0020]该正极活性材料至少包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶(poly (pyridinopyridine), PPY)基体及分散在该聚并吡唳基体中的硫，所述硫为分散的多个多硫基团Sxl (Xl为I至8之间的整数)或分散的多个单质硫粒子。所述多硫基团Sxl是指带电子的原子团。该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2 (x2为I至7之间整数)，所述硫原子簇Sx2是由硫原子结合在一起的团簇。其中，硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量优选为小于或等于41%。更优选为，该硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量为35%~40%。该多个单质硫粒子相互间隔并独立存在。每个多硫基团Sxl及单质硫粒子均直接与该PPY基体接触。
[0021]该聚并吡啶基体的材料包括如下的式(I)所述的结构单元。[0022]
【权利要求】
1.一种锂离子电池，其包括: 正极，该正极包括正极活性材料； 负极，该负极与该正极间隔设置；以及 电解质，该电解质设置在该正极与负极之间， 其特征在于，该正极活性材料包括硫化聚并吡啶，该硫化聚并吡啶包括聚并吡啶基体及分散在该聚并吡啶基体中的硫，所述硫为多硫基团Sxl或分散的单质硫粒子，该多硫基团Sxl中Xl为I至8之间的整数，该每个单质硫粒子为一个硫分子S8或硫原子簇Sx2，其中X2为I至7之间整数，所述电解质为凝胶电解质。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该多硫基团Sxl与该聚并吡啶基体通过共价键结合。
3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，该硫化聚并吡啶包括一结构单元，该结构单元的结构式为:
4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该单质硫粒子均匀分散在该聚并吡啶基体中。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述硫在该硫化聚并吡啶中的质量百分含量小于或等于41%。
6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该凝胶电解质包括具有多个孔隙的网状聚合物基体、金属锂盐和有机溶剂，所述金属锂盐溶于所述有机溶剂，并且该溶解有该金属锂盐的有机溶剂填充在所述聚合物基体的孔中。
7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述聚合物基体的孔隙率为40%~85%。
8.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述聚合物基体的孔径为0.5微米~10微米。
9.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述聚合物基体的材料为聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈-丙烯酸丁酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈-甲氧基聚乙二醇(350 )单丙烯酸酯-丙烯酸锂共聚物。
10.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述金属锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂或二(三氟甲基磺酰)亚胺锂。
11.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述有机溶剂为乙基纤维素，碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、二甲基甲酰胺或三甘醇二甲醚。
12.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，该凝胶电解质进一步包括一无机填料均匀分散于所述聚合物基体中。
13.如权利要求12所述的锂 离子电池，其特征在于，该无机填料为Al2O3纳米粒子或SiO2纳米粒子。
14.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极包括负极活性材料，该负极活性材料为金属锂、嵌锂的碳材料或锂合金。
15.如权利要求14所述的锂离子电池，其特征在于，所述嵌锂的碳材料为嵌锂结晶碳或无定形碳。
16.如权利要求14所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂合金为锂铝合金或锂锡合金。
【文档编号】H01M10/0565GK103904329SQ201210577625
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】王莉, 何向明, 李建军, 高剑 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司