基于正负极自成卷的柱状结构锂硫电池的制作方法

文档序号:12066340

本发明涉及锂硫电池,尤其是一种正极包裹硫、负极采用锂铝合金,同时正负极均采用自成卷的柱状工艺制备的锂硫电池及其制备方法。



背景技术:

与市场上主流的锂离子电池相比,锂硫电池拥有前者2~5倍的理论能量密度。目前,锂硫电池的主流制备方法与目前市场化的锂离子电池接近,即硫电极通过在集流体上涂布的方法获得。受该方法的局限,硫电极中单位面积的硫负载量往往保持在10mg/cm2以下。而更厚的硫电极需要更高比例的粘合剂,将导致硫活性材料在电极中的比例下降而且导致较差的倍率性能。因此该方法制备的锂硫电池中需要应用更多的集流体材料,以及更加繁复的工艺。这会带来成本的提高,能量密度下降等问题。



技术实现要素:

为解决上述问题,本发明提供了一种正极包裹硫、负极采用锂铝合金,同时正负极均采用自成卷的柱状工艺制备锂硫电池及其制备方法。

根据本发明的一实施方式,一种自成卷的柱状正负极锂硫电池,包括硫电极、锂铝合金电极以及设置在所述的硫电极和锂铝合金电极之间的隔膜和电解液。其中,所述的硫电极和锂铝合金电极采用分别自成卷的方式制备成柱状。

所采取的的卷绕方法为:1,将电极片的一端固定在圆柱卷芯上。2,手动或通过马达使卷芯自转,将电极片卷绕成柱状。3,卷边贴胶带使柱状电极保持形状。

根据本发明的一实施方式,所述的锂硫电池,其特征在于:所用正极材料硫电极采用的镍网用乙醇溶液超声浸泡清洗,时间为10分钟。

根据本发明的一实施方式,所述的锂硫电池,其特征在于:所用涂敷镍网的材料为S/Se混合粉、炭黑、粘合剂的混合物。

根据本发明的一实施方式,所述涂覆镍网的混合物,其特征在于:所用S粉/Se混合粉、炭黑、粘合剂的质量比例分别为80%,15%,5%;:所用Se粉和S粉混合物的质量比例分别为10%,90%。以NMP为溶剂制备浆料并采用涂布机或手动方法涂覆在镍网上。

根据本发明的一实施方式,所述的粘合剂,其特征在于:所用的粘合剂为聚偏氟乙烯。

根据本发明的一实施方式,所述的涂敷后的镍网,其特征在于:所用烘干温度为40℃,时间为48小时。

根据本发明的一实施方式,所述的自成卷的柱状正负极锂硫电池,其特征在于:所用锂铝合金电极是铝箔、锂箔叠置压片形成。

根据本发明的一实施方式,所述的锂铝合金电极,其特征在于:锂箔在锂铝合金电极中的质量比为10%~90%。

根据本发明的一实施方式,所述的电解液,其特征在于:双(三氟甲磺酰)亚胺锂、硝酸锂溶于体积比1:1的乙二醇二甲醚和1,3-二氯戊烷的溶剂中配置电解液;其中,双(三氟甲磺酰)亚胺锂和硝酸锂的浓度分别为0.8M/L,0.2M/L。

本发明提供了柱状电极,提高单位面积硫的负载量,从而解决了硫电极硫负载量不够导致锂硫电池能量密度较低及制备工艺繁琐的问题。

本发明制备的工艺简单,以此电极为正极制备的锂硫电池具有生产成本低,能量密度高的特点。

附图说明

图1为正负极自称卷的柱状锂硫电池结构示意图。

具体实施方式

实施方式一:所用正极材料镍网(20微米厚度,面密度为每平方厘米30毫克)用乙醇溶液超声浸泡清洗,时间为10分钟。S/Se混合粉,炭黑、粘合剂的混合物按照8.0:1.5:0.5的质量比例涂敷镍网。S粉、Se粉分别为90%,10%。其中粘合剂为聚偏氟乙烯,然后在40℃的烘箱中烘干48小时。

15厘米长度,3厘米宽度的正极(涂覆硫材料的镍网)卷绕为圆柱形放入手套箱备用;15厘米长度,2厘米宽度的锂箔和铝箔按照锂箔在合金电极中的质量比为40%叠片并卷绕为圆柱体作为负极。正负极重量比为1:1。

正极直接装入18650不锈钢电池壳内,正极上部放置PP隔膜3层(每层25微米),然后将负极圆柱的包覆在绝缘纸内并置于隔膜之上一并放入电池壳中。焊接负极极耳,注入锂硫电池电解液并封装。所获得的的锂硫电池即为目标产品。

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