锂硫电池及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109786669A(43)申请公布日2019.05.21(21)申请号201910008922.XH01M4/38(2006.01)(22)申请日2019.01.04H01M4/66(2006.01)H01M4/80(2006.01)(71)申请人蜂巢能源科技有限公司H01M10/052(2010.01)地址213200江苏省苏州市金坛区华城中H01M10/0565(2010.01)路168号H01M10/058(2010.01)(72)发明人秦士林柳在律蔡挺威赵晓宁H01M10/42(2006.01)王龙飞(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人赵天月(51)Int.Cl.H01M4/134(2010.01)H01M4/04(2006.01)H01M4/1395(2010.01)H01M4/36(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称锂硫电池及其制备方法(57)摘要本发明提供了锂硫电池及其制备方法，其中锂硫电池包括：3D锂金属负极、硫化物正极和电解质膜，电解质膜设置在3D锂金属负极与硫化物正极之间。其中，3D锂金属负极包括：3D骨架材料、亲锂层、金属锂和固体电解质，所述亲锂层覆盖所述3D骨架材料的空隙的表面；所述金属锂填充在所述3D骨架材料的空隙内；所述固体电解质填充在所述3D骨架材料的空隙内。该锂硫电池及其制备方法可以有效抑制锂枝晶的产生、减少体积膨胀等问题，提高锂硫电池体系的安全性。CN109786669ACN109786669A权利要求书1/2页1.一种锂硫电池，其特征在于，包括：3D锂金属负极，所述3D锂金属负极包括：3D骨架材料；亲锂层，所述亲锂层覆盖所述3D骨架材料的空隙的表面；金属锂，所述金属锂填充在所述3D骨架材料的空隙内；固体电解质，所述固体电解质填充在所述3D骨架材料的空隙内，硫化物正极；电解质膜，所述电解质膜设置在所述3D锂金属负极与所述硫化物正极之间。2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述3D骨架材料为碳纤维纸、泡沫铜或者泡沫镍，优选碳纤维纸。3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述碳纸的厚度为100-200微米、空隙率为70-75％。4.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述固体电解质为聚合物基电解质、无机固态电解质或者复合固态电解质，任选地，所述聚合物基电解质为PEO电解质、PAN电解质、PMMA电解质、PVDF电解质或PEG电解质；所述无机固态电解质为LLZO、电解质LLTO电解质、LATO电解质、LIPON电解质、LPS电解质或LPSC电解质；所述复合固态电解质为PEO-LLZO电解质、PVDF-LLTO电解质或PEO-LPS电解质。5.根据权利要求4所述的锂硫电池，其特征在于，所述电解质膜由所述固体电解质形成。6.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于，所述金属锂在所述3D锂金属负极中的含量为15-20w/w％，任选地，所述固体电解质在所述3D锂金属负极中的含量为10-20w/w％。7.一种制备权利要求1-6中任一项所述的锂硫电池的方法，其特征在于，包括：(1)提供3D骨架材料；(2)将所述3D骨架材料浸泡在前驱体溶液中，再烧结处理，以便得到亲锂处理的3D骨架材料；(3)依次将金属锂和固态电解质注入所述亲锂处理的3D骨架材料的空隙中，以便得到3D锂金属负极；(4)将硫化聚合物、导电碳黑、聚偏氟乙烯按照预定配比混合并加入N-甲基-2-吡咯烷酮中，以便得到正极浆料；(5)将所述正极浆料涂布在铝箔集流体上，真空干燥，以便得到硫化物正极；(6)将所述3D锂金属负极、所述硫化物正极和电解质膜进行组装，以便获得所述锂硫电池。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液为含锌有机溶液，且包括锌源、表面活性剂和有机溶剂；其中，所述锌源包括二水乙酸锌，所述表面活性剂包括乙醇胺，所述有机溶剂包括正丙醇。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述烧结处理包括：2CN109786669A权利要求书2/2页在100-120摄氏度下干燥5-30分钟，再升至510～550摄氏度下烧结处理10～30分钟。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，将金属锂注入所述亲锂处理的3D骨架材料的空隙中，按照下列步骤之一进行：将金属锂加热至250-400℃融化为液态锂，将所述3D骨架材料接触液态的金属锂，以使所述液态锂自动浸入所述3D骨架材料的空隙中，任选地，步骤(3)中，将固态电解质注入所述亲锂处理的3D骨架材料的空隙中，按照下列步骤之一进行：采用熔融法将所述固态电解质注入到所述3D骨架材料的空隙中；采用刮涂法将固态电解质浆料涂布