高比能锂硫电池查看源代码讨论查看历史

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高比能锂硫电池相关专利针对锂硫电池正极活性材料硫含量低、利用率低以及多硫离子溶解扩散、活性物质流失及产物不均匀沉积、容量衰减快等问题,提出多级结构的含硫复合材料构建技术方案，改善了碳与硫材料的微观分散均匀性，完善了材料导电网络，留出硫材料溶解和膨胀空间，解决了单质硫的活性差、循环稳定性低的技术难题，可实现材料硫含量大于88%条件下放电比容量1200mAh/g以上。将硫材料与具有协同效应的电化学活性氟化碳材料复合制备双活性正极材料，采用申极执自造孔技术对电极造孔，解决了高单位面积硫载量下电极的放电活性难题，提高了电极传荷、传质能力，电池比能量达到480Wh/kg以上。

二、技术要点

（解决的技术难题、技术指标等）

基于相关专利的高比能锂硫电池，主要技术优势和性能指标如下：

主要技术优势

突破高硫含量多级结构硫碳复合材料、高传荷传质能力、高硫载量电极构建等关键技术。高性能硫碳复合材料含硫量大于88％，极片硫载量大于6mgcm的条件下，放电比容量大于1200mAh/g。

主要性能指标

(1)能量型锂硫电池

容量：≥5Ah；比能量：≥480Wh/kg＠0.05C；循环寿命：≥20次。

(2)寿命能锂疏电池

容量：≥5Ah；比能量：≥330Wh/kg＠0.1C；循环寿命：≥100次(60％D0D)。

三、成果形式

（专利、著作权、新产品、新技术等）

7项专利包括：

(1)ZL201210371108.2一种锂硫电池的正极活性材料及其制备方法

本发明公开了一种锂硫电池的正极活性材料及其制备方法，其包含：步骤1，将ZnO纳米粒子分散到聚丙烯酰胺溶液中，干燥，得到ZnO纳米粒子/聚丙烯酰胺复合材料；在惰性气氛保护下，高温碳化得到ZnO纳米粒子/碳复合材料；步骤2，将ZnO纳米粒子/碳复合材料加入到碱金属硫化物溶液中搅拌，反应完全后洗涤，过滤，得到ZnS纳米粒子/碳复合材料；步骤3，通过氧化剂使ZnS纳米粒子/碳复合材料中的ZnS转化为S，洗涤、干燥，即得到纳米硫粒子/碳复合材料。本发明提出的锂硫电池正极活性材料的制备方法，在纳米孔碳制备过程中孔内模板原位转化为纳米硫粒子，缩短了碳硫复合材料的工艺制程，且使纳米硫粒子均匀地分散在纳米孔碳的孔内，真正实现纳米孔储硫。

(2)ZL201210371963.3一种锂硫电池用正极材料制备方法

本发明公开了本发明提供了一种锂硫电池用正极材料的制备方法，其包含：步骤1，将单质硫与有机溶剂混合均匀使得单质硫完全溶解，得到硫-有机溶液，该有机溶剂选择二硫化碳、甲苯、环己烷和正辛烷中的任意一种以上；步骤2，将碳材料加入硫-有机溶液中，搅拌均匀，待溶剂去除后，即得到出硫/碳复合材料，该碳材料选择活性炭、介孔碳、碳黑、碳纳米管、石墨烯中的任意一种以上或酸化后的活性炭、介孔碳、碳黑、碳纳米管、石墨烯中的任意一种以上。

(3)ZL201310436527.4一种二次锂硫电池单质硫正极及其制备方法

本发明提供了一种二次锂硫电池单质硫正极及其制备方法，该方法包括：步骤1，将升华硫溶于易挥发溶剂中，配置硫溶液；步骤2，将复合导电剂分散于粘结剂PVDF的NMP溶液中，搅拌，制备出分散良好的前期浆料；步骤3，将硫溶液滴加到该前期浆料中，继续搅拌；步骤4，将密闭容器敞口，继续搅拌0.5～1小时，得到硫碳分散均匀的浆料；步骤5，将该浆料涂敷于集流体上；步骤6，真空烘干后冲片;其中，升华硫：导电剂：粘结剂的用量比例按照质量比40～80：50～10：10。

(4)ZL201310666223.7含硫复合正极，及其制备方法以及以其为正极的锂硫电池

本发明涉及一种锂硫电池用含硫复合正极的制备方法及采用该复合正极的锂硫电池。本发明在硫正极加工过程中加入具有电化学活性的氟化碳添加剂，制备复合硫正极，提高高载量硫正极的电化学活性，提高锂硫电池首次放电比能量。其中活性添加剂氟化碳占总活性物质的质量比为20%~50%。本发明提出的含硫复合正极的制备方法，由于活性添加剂氟化碳放电产物中含有碳，可改善后续硫材料放电过程中的导电性，以使高载量硫正极正常放电；另一方面，氟化碳具有电化学活性，不影响放电容量，同时提高了正极的放电电压，有利于提高锂硫电池特别是锂硫原电池的首次放电比能量。

(5)ZL201410731021.0一种具有多级结构的含硫正极材料、其制备方法及其用途

(6)ZL201410733795.7一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池

(7)ZL201120554995.8全密封自动激活式锂硫电池组"

四、应用领域及应用场景

储能

五、当前应用成效

该高比能锂硫电池已完成工程样机研制，技术成熟度达到TRL5级。

六、应用推广的领域和场景

可用于太阳能无人机、无人装备、电动汽车等领域。

七、应用推广的价值和前景

（产业带动能力、效率提升能力、市场规模等）

有望促进储能领域技术的更新换代，从而促进储能产业的升级发展。

八、技术优化的方向和途径

本发明所提出的硫/碳复合材料是将导电性较好的碳材料包覆在硫颗粒上，与纯的单质硫正极材料相比，首次放电比容量和循环性能都有效改善，而且，制备工艺简单，时间短，能耗低，易于规模化生产。

制备出硫碳分散均匀、紧密连接的浆料为涂层，从而得到易粘结、面密度大的电极极片，制备方法简单、硫碳分散均匀、高载量、单质硫利用率高。