專利名稱：鋰硫電池的正極和鋰硫電池以及包含它的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰硫電池的正極和鋰硫電池以及包括它的制品，更具體地，本發(fā)明涉及一種具有大容量的鋰硫電池的正極。
背景技術(shù)：
近來，更緊湊和更輕便的便攜式電子設(shè)備提高了對高性能及大容量電池的需要，以便為便攜式電子設(shè)備提供電力。為了提高重量比，當(dāng)量重量較低的鋰使其成為引人注目的電池電極元件。較低當(dāng)量重量及低成本以及無毒性的硫也使硫成為引人注目的候選電池元件。
鋰硫二次電池采用具有硫-硫鍵的硫基化合物作為正極活性物質(zhì)，采用金屬鋰或者碳基化合物作為負極活性物質(zhì)。其中發(fā)生插入化學(xué)過程的碳基化合物包括石墨，石墨插層化合物，含碳材料，及插入鋰的含碳材料。在放電時(電化學(xué)還原)，硫-硫鍵斷開，導(dǎo)致S的氧化數(shù)減少，而充電時(電化學(xué)氧化)，硫-硫鍵形成，導(dǎo)致S的氧化數(shù)增加。
然而，認為在堿金屬-硫電池系統(tǒng)中采用基于元素硫的正極是有問題的。雖然理論上硫到堿金屬硫化物的還原提供較大的比能量，但是硫是眾所周知的優(yōu)異的絕緣體，而且已經(jīng)注意到了采用硫作為電極的問題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員所提及的共性問題包括極低的利用百分數(shù)和較低的循環(huán)壽命特性，原因是硫及硫化鋰(Li2S)從正極溶解并擴散。
解決這種問題的一個方案是選擇粘合劑。對于粘合劑的要求包括具有增強正極機械完整性的能力，不與電解質(zhì)反應(yīng)，在電池工作溫度下穩(wěn)定，在漿液所用溶劑中的溶解度，以及在電解液中的不溶性。
滿足這些要求的常規(guī)粘合劑的實例是聚環(huán)氧乙烷或者聚乙烯基吡咯烷酮。然而，聚環(huán)氧乙烷具有較差的附著力，而聚乙烯基吡咯烷酮也具有稍微不良的附著力。這種劣質(zhì)的附著力迫使采用大量粘合劑，這導(dǎo)致正極中正極活性物質(zhì)的量降低，進而導(dǎo)致容量降低。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供鋰硫電池的正極，其包括能夠增強附著力并降低粘合劑量的添加劑。
另一方面，本發(fā)明提供具有大容量的鋰硫電池的正極。
本發(fā)明的另外方面及優(yōu)點將部分地在隨后的說明書中闡述，部分地從說明書中看出或者通過本發(fā)明的實踐來了解。
這些和/或其它方面可以通過鋰硫電池的正極來實現(xiàn)，其包括正極活性物質(zhì)，導(dǎo)體，有機粘合劑及添加劑。
本發(fā)明的一方面是正極活性物質(zhì)，其為選自元素硫，硫基化合物，及其混合物中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的其它方面，添加劑包括主鏈或側(cè)鏈中至少具有一個氨基氮的聚合物。
為了實現(xiàn)這些和/或其它方面，本發(fā)明提供包括正極、負極和電解液的鋰硫電池。
根據(jù)本發(fā)明更進一步的方面，負極包括負極活性物質(zhì)，該負極活性物質(zhì)選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料，與鋰離子反應(yīng)形成含鋰化合物的材料，金屬鋰或者鋰合金。


結(jié)合附圖并通過下面有關(guān)實施方案的描述，本發(fā)明的這些及其它方面和優(yōu)點將會顯而易見并且更容易領(lǐng)會，在附圖中圖1是本發(fā)明實施例7和對比例2的鋰硫電池在第10次充放電循環(huán)時的放電曲線圖；圖2是本發(fā)明實施例7和對比例2的鋰硫電池的循環(huán)壽命特性曲線圖；及圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方案之一的鋰硫電池的透視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將詳細地參照本發(fā)明的實施方案，其實例圖解于附圖中并在具體的實例中進行說明，其中相同的參考號始終代表相同的元件。下面將描述實施方案，以便參照附圖標(biāo)記說明本發(fā)明。
本發(fā)明涉及一種用于鋰硫電池正極的添加劑。該添加劑與粘合劑發(fā)生物理和化學(xué)相互作用，以增強粘合劑的附著力。做為選擇，該添加劑用作增粘劑。該添加劑是具有高極性的水溶性聚合物。該聚合物在其主鏈或側(cè)鏈中至少具有一個氨基氮，并且是陽離子或陰離子型的聚合物。添加劑的例子是聚乙烯亞胺。
聚乙烯亞胺具有高的陽離子密度、高極性和高反應(yīng)性，重均分子量為20000～150000，優(yōu)選為30000～120000。聚乙烯亞胺是包含伯、仲和叔氨基氮的聚合物并且是水溶性的聚合物。眾所周知，聚乙烯亞胺是改進水溶性粘合劑例如聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯的粘附力的材料。
聚乙烯亞胺的重均分子量為20000～150000。如果采用重均分子量小于20000或者大于150000的聚乙烯亞胺作為添加劑，則正極活性物質(zhì)成分不能獲得適當(dāng)?shù)恼承浴?br> 鋰硫電池常用的粘合劑實質(zhì)上具有劣質(zhì)的粘附力。本發(fā)明的添加劑改善粘合劑的粘附力，使納米尺寸的正極活性物質(zhì)和導(dǎo)體堅固地粘附到集電體上。
本發(fā)明的正極包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)體、粘合劑和添加劑。該正極活性物質(zhì)包括選自元素硫(S8)，硫基化合物或其混合物中的至少一種。硫基化合物為選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物或者碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)。
導(dǎo)體包括促進具有硫基化合物的正極內(nèi)部電子運動的導(dǎo)電體。導(dǎo)電體之導(dǎo)電材料的實例包括但是不局限于例如石墨基材料，碳基材料和導(dǎo)電聚合物。石墨基材料包括KS6(得自TIMCAL公司)，而碳基材料包括SUPER P(得自MMA公司)，ketjen黑，denca黑，乙炔黑或炭黑。導(dǎo)電聚合物包括聚苯胺，聚噻吩，多聚乙炔或聚吡咯，或者它們的混合物。
粘合劑可以是聚乙烯基吡咯烷酮，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯與聚偏二氟乙烯的共聚物(商標(biāo)Kynar)，聚丙烯酸乙酯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酰胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，或其共聚物。
按100重量份的粘合劑計，正極優(yōu)選包括5～50重量份的添加劑，更優(yōu)選包括10～40重量份的添加劑。添加劑提高粘合劑的粘附力，允許活性漿狀物(由正極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)體組成)中粘合劑的量從20wt％下降到70wt％，并允許正極活性物質(zhì)的量從60wt％增加到85wt％。因而鋰硫電池具有大容量。如果添加劑的量小于5重量份，則粘附力降低。如果添加劑的量大于50重量份，則正極活性物質(zhì)組合物的粘性降低，而且涂層的粘性不充分。此外，過量的添加劑也妨礙增加正極活性物質(zhì)的量，由此限制容量。
正極可以進一步包括至少一種含有金屬的添加劑。該含有金屬的添加劑可以包括過渡金屬，IIIA族元素，IVA族元素，其硫化合物或其合金。過渡金屬包括Sc，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh，Pd，Ag，Cd，Ta，W，Re，Os，Ir，Pt，Au和Hg。IIIA族元素包括Al，Ga，In和Tl。IVA族元素包括Si，Ge，Sn和Pb。
本發(fā)明的正極具有高的硫利用率和平均電壓。本發(fā)明的正極制備描述如下。將粘合劑溶解于溶劑制備粘合劑液體。可以使用任何溶劑，其中該溶劑能夠分散作用正極活性物質(zhì)、粘合劑和導(dǎo)體?？墒褂玫娜軇┌状迹掖?，丙醇，丁醇，四氫呋喃，水，異丙醇和N-甲基吡咯烷酮。
將與粘合劑發(fā)生物理和化學(xué)相互作用而提高粘合劑粘附力的添加劑加到粘合劑液體中并混合1天制得混合了粘合劑的液體。
將導(dǎo)體和正極活性物質(zhì)加到混合了粘合劑的液體中并至少混合12小時制得正極活性物質(zhì)組合物。所得到的正極活性物質(zhì)組合物具有足夠的涂布粘性。
將正極活性物質(zhì)組合物涂布在集電體上并干燥制得正極。集電體不局限于但是優(yōu)選由導(dǎo)電材料例如不銹鋼、鋁、銅或鈦制成。更可取的集電體是碳涂布的鋁集電體。與裸露的鋁集電體相比，碳涂布的鋁集電體更容易覆蓋包括正極活性物質(zhì)的涂層，具有較低的接觸電阻，并且抑制多硫化物的侵蝕。
圖3中是具有根據(jù)本發(fā)明實施方案的上述方法制備的正極的鋰硫電池的圖解。鋰硫電池10包括外殼14，外殼14包含正極11、負極12和插入正極11與負極12之間的隔板13。將電解液插入正極11和負極12之間。然而，應(yīng)但理解，也可以采用本發(fā)明的正極構(gòu)建其它的鋰電池。
負極12包括負極活性物質(zhì)，該負極活性物質(zhì)選自其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料，與鋰離子反應(yīng)形成含鋰的化合物的材料，金屬鋰或鋰合金。
其中發(fā)生可逆鋰嵌入的材料是碳基化合物?？梢允褂媚軌蚯度牒兔摮鲣囯x子的任何碳基化合物。適宜的碳材料的實例包括結(jié)晶碳，無定形碳或其混合物。
與鋰離子反應(yīng)形成含鋰的化合物的實例是氧化錫(SnO2)，硝酸鈦和Si。鋰合金包括鋰與選自Na，K，Rb，Cs，F(xiàn)r，Be，Mg，Ca，Sr，Ba，Ra，Al或Sn的金屬的合金。
負極可以在金屬鋰表面包括無機保護層，有機保護層，或其混合物。無機保護層包括Mg，Al，B，C，Sn，Pb，Cd，Si，In，Ga，硅酸鋰，硼酸鋰，磷酸鋰，磷氮化鋰，硅硫化鋰，硼硫化鋰，鋁硫化鋰或磷硫化鋰。有機保護層包括導(dǎo)電的單體，低聚物，或者選自聚(對苯撐)，多聚乙炔，聚(對苯撐亞乙烯基)，聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，聚(2，5-乙烯基亞乙烯基)，乙炔，聚(周萘)，多并苯，或者聚(萘-2，6-二基)的聚合物。
另外，在鋰硫電池充電和放電期間，正極活性物質(zhì)(活性硫)轉(zhuǎn)變成非活性的物質(zhì)(非活性硫)，其可以附著在負極表面。本文中所述的非活性硫是指在重復(fù)進行電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)時沒有活性，因而無法參與正極的電化學(xué)反應(yīng)的硫。負極表面上的非活性硫充當(dāng)鋰負極的保護層。因此，負極表面上的非活性硫例如硫化鋰可被用于該負極。
電解液包括電解質(zhì)鹽和有機溶劑。有機溶劑可以是單獨的溶劑或者至少具有雙組分的混合有機溶劑。混合的有機溶劑至少包括選自弱極性溶劑組，強極性溶劑組或者鋰保護組中的兩種。一些電解液至少包括一種或多種選自相同組的溶劑。
本文所使用的術(shù)語“弱極性溶劑”是指能夠溶解元素硫并且介電常數(shù)小于15的溶劑。該弱極性溶劑選自芳基化合物、二環(huán)醚或者無環(huán)的碳酸鹽化合物。本文所使用的術(shù)語“強極性溶劑”是指能夠溶解多硫化鋰并且介電常數(shù)大于15的溶劑。該強極性溶劑選自二環(huán)的碳酸鹽化合物，亞砜化合物，內(nèi)酯化合物，酮化合物，酯化合物，硫酸酯化合物或者亞硫酸酯化合物。本文所使用的術(shù)語“鋰保護溶劑”是指在鋰表面形成適宜的保護層即穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)層并且具有至少50％循環(huán)效率的溶劑。鋰保護溶劑選自飽和的醚化合物，不飽和的醚化合物，或者包括N、O和S的雜環(huán)化合物。
弱極性溶劑的實例包括二甲苯，乙二醇二甲醚，2-甲基四氫呋喃，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，甲苯，二甲醚，二乙醚，二甘醇二甲醚或者四甘醇二甲醚。強極性溶劑的實例包括磷酰六甲基三胺，γ-丁內(nèi)酯，乙腈，碳酸亞乙酯，碳酸亞丙酯，N-甲基吡咯烷酮，3-甲基-2-惡唑烷酮，二甲基甲酰胺，環(huán)丁砜，二甲基乙酰胺，二甲亞砜，硫酸二甲酯，乙二醇二乙酸酯，亞硫酸二甲酯或者亞硫酸乙二醇酯。
鋰保護溶劑的實例包括四氫呋喃，環(huán)氧乙烷，1，3-二氧戊環(huán)，3，5-二甲基異惡唑，2，5-二甲基呋喃，呋喃，2-甲基呋喃，1，4-環(huán)氧乙烷和4-甲基二氧戊環(huán)。對于本發(fā)明的電池，電解質(zhì)鹽是任選的，其實例包括三氟甲磺酰亞胺鋰，三氟甲磺酸鋰，高氯酸鋰，LiPF6，LiBF4，四烷基銨鹽如四氟硼酸四丁銨(TBABF4)，室溫下的液態(tài)鹽如咪唑翁鹽(例如1-乙基-3-甲基咪唑翁二(全氟乙基磺酰)亞胺(EMIBeti))，或者它們的混合物。
下面的實施例更詳細地說明本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限制。
實施例1將1g的聚乙烯基吡咯烷酮溶解于80g的異丙醇有機溶劑制得粘合劑液體。將0.05g的聚乙烯亞胺(重均分子量75000，Nippon Shokubai公司，商標(biāo)為P-1500)加到粘合劑液體中，制得混合的粘合劑液體。將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到混合的粘合劑液體中并分散，制得鋰硫電池正極的復(fù)合漿液。將該漿液涂布在碳涂布的鋁集電體上，并將所涂布的集電體在大氣環(huán)境下于室溫干燥10小時，得到正極。該正極的負荷水平為2mAh/cm2。
利用該正極，鋰負極和電解液制造鋰硫電池。作為電解液，可以使用二氧戊環(huán)、乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚(體積比為2∶4∶4)的混合溶劑中1M的LiN(CF3SO2)2。
實施例2按照與實施例1中相同的方法制造鋰硫電池，只是將0.1g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中。
實施例3按照與實施例1中相同的方法制造鋰硫電池，只是將0.2g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中。
實施例4
按照與實施例1中相同的方法制造鋰硫電池，只是將0.4g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中。
實施例5將1.5g的聚乙烯基吡咯烷酮溶解于80g的異丙醇有機溶劑，制得粘合劑液體。將0.075g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中并至少混合1天，制得混合的粘合劑液體。利用該混合的粘合劑液體，按與實施例1相同的方法制造鋰硫電池。
實施例6按照與實施例5中相同的方法制造鋰硫電池，只是將0.15g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中。
實施例7按照與實施例5中相同的方法制造鋰硫電池，只是將0.3g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)加到粘合劑液體中。
對比例1將1g的聚乙烯基吡咯烷酮粘合劑溶解于80g的異丙醇有機溶劑，制得粘合劑液體。將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到粘合劑液體中并分散，制得鋰硫電池正極的復(fù)合漿液。將該漿液涂布在碳涂布的鋁集電體上，并將所涂布的集電體在大氣環(huán)境下于室溫干燥10小時。
利用該正極，鋰負極和電解液制造鋰硫電池。作為電解液，可以使用二氧戊環(huán)、乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚(體積比為2∶4∶4)的混合溶劑中1M的LiN(CF3SO2)2。
對比例2將2g的聚乙烯基吡咯烷酮粘合劑溶解于80g的異丙醇有機溶劑，制得粘合劑液體。將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到粘合劑液體中并分散，制得鋰硫電池的正極活性物質(zhì)漿液。利用該漿液，按與對比例1相同的方法制造鋰硫電池。
對比例3將1g的聚氧化乙烯粘合劑加到100g水中，制得粘合劑液體。將0.05g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，Nippon Shokubai公司，P-1500)加到粘合劑液體中，制得混合的粘合劑液體。所得到的混合的粘合劑液體是膠態(tài)的懸浮物，其不適宜作為粘合劑液體并且沒有真正的粘性。
將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到粘合劑液體中并分散，制得正極活性物質(zhì)漿液。該漿液實質(zhì)上沒有粘性而且粘附力差。劣質(zhì)的粘附力阻止了將該漿液涂布在集電體上，而且所涂布的漿液從集電極上分離。
對比例4將1g的聚乙烯醇粘合劑加到100g水中，制得粘合劑溶液。將0.05g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，Nippon Shokubai公司，P-1050)加到粘合劑溶液中。所得到的混合是膠態(tài)的懸浮物，其不適宜作為粘合劑液體并且沒有真正的粘性。
對比例5將1g的聚乙烯基乙酰胺粘合劑溶解于100g的二甲基甲酰胺有機溶劑。將0.05g的聚乙烯亞胺(重均分子量為75000，Nippon Shokubai公司，P-1050)加到所得到的溶液中。所得到的材料是膠態(tài)懸浮物，其不適宜作為粘合劑液體。
將2g的聚乙烯亞胺粘合劑(重均分子量為75000，Nippon Shokubai公司，P-1050)溶解于80g的異丙醇有機溶劑，制得粘合劑液體。將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到粘合劑液體中并分散，制得鋰硫電池正極的復(fù)合漿液。該漿液具有極低的粘性和劣質(zhì)的粘附力。
對比例6將2.0g的聚乙烯亞胺(重均分子量75000，Nippon Shokubai公司，P-1050)粘合劑溶解于80g的異丙醇有機溶劑，制得粘合劑液體。將2g的炭黑和16g的元素硫(S8)加到粘合劑液體中并分散，制得鋰硫電池正極的復(fù)合漿液。該漿液具有極低的粘性和劣質(zhì)的粘附力。
利用充電和放電規(guī)程，評價根據(jù)實施例1～7以及對比例1和2的鋰硫電池。分別將對應(yīng)于形成過程的第一放電周期、第二放電周期、第三放電周期、第四放電周期和第五放電周期設(shè)定為0.2、0.2、0.4、1和2mA/cm2的恒定電流密度。充電電流密度為0.4mA/cm2。在充電和放電時的斷開電壓分別為2.8和1.5V。當(dāng)發(fā)生電壓升高停止的往復(fù)現(xiàn)象(shuttle phenomenon)時，充電以額定容量110％的充電量進行。據(jù)認為，100％的硫利用率相當(dāng)于837.5mAh/g的容量。認為最初的第一至第五循環(huán)是形成階段。因而，真正的充放電循環(huán)結(jié)果得自第六循環(huán)，而且循環(huán)壽命試驗從第六循環(huán)開始，因此將第六循環(huán)視為循環(huán)中的第一循環(huán)。在循環(huán)壽命試驗中，放電電流密度為2mA/cm2，而充電電流密度為1mA/cm2。
電化學(xué)性質(zhì)根據(jù)實施例7和對比例2鋰硫電池的在第一循環(huán)(實際的第六循環(huán))時的充電和放電曲線分別示于圖1和圖2中。如圖1所示，與具有聚乙烯基吡咯烷酮的對比例2的電池相比，具有聚乙烯亞胺的實施例7的電池具有優(yōu)越的硫利用率和中間電壓。另外，圖2顯示，實施例7的電池比對比例2的電池具有更好的循環(huán)壽命特性。
硫利用率測定實施例1至7的鋰硫電池的正極活性物質(zhì)漿液的硫利用率(％)和粘性，結(jié)果示于表1中。另外，利用實施例1至7中所使用的粘合劑液體制備粘合劑薄膜。測定該粘合劑薄膜在電解液中的穩(wěn)定性(可溶性)，結(jié)果示于表1中。
表1

可加工性如表1所示，根據(jù)實施例1至7的漿液對于輥涂具有適宜的粘度，但是根據(jù)比較例1和2的漿液具有較低的粘度，不適于輥涂。根據(jù)實施例6和7的漿液，其中按100重量份的聚乙烯吡咯烷酮粘合劑計分別使用了15和30重量份的聚乙烯亞胺，具有最好的粘度。
在電解液中的穩(wěn)定性利用實施例1至7的具有聚乙烯亞胺的粘合劑液體制備的粘合劑薄膜不溶于電解液，但是比較例1和2的具有聚乙烯基吡咯烷酮的粘合劑薄膜輕微地溶解于電解液。
根據(jù)聚乙烯亞胺分子量的粘度為了測量聚乙烯亞胺分子量對粘度的影響，采用重均分子量為75000的聚乙烯亞胺(NIPPON SHOKUBAI公司，P-1050)和重均分子量為10000的聚乙烯亞胺(NIPPON SHOKUBAI公司，商標(biāo)為SP-200)。粘度測量是這樣進行的將不同量的聚乙烯亞胺加到聚乙烯基吡咯烷酮乙醇溶液并搖動1天，然后測定所得到溶液的粘度。聚乙烯亞胺與聚乙烯基吡咯烷酮的重量比為5％，10％，20％和50％。粘度結(jié)果示于表2中。
表2

粘度隨著高分子量聚乙烯亞胺(重均分子量75000，NIPPONSHOKUBAI公司，P-1050)的量的增加而增加。但是，即使低分子量聚乙烯亞胺的量增加時，低粘度也保持不變。因而，低分子量的聚乙烯亞胺由于對粘度的需要而不適于制備正極活性物質(zhì)組合物。
聚乙烯亞胺的化學(xué)性質(zhì)聚乙烯亞胺與聚乙烯吡咯烷酮粘合劑相互作用，從而增加粘附力和粘度(實施例1至7)。然而，聚乙烯亞胺不與聚氧化乙烯、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯粘合劑相互作用，并且具有副作用(比較例3至5)。
本發(fā)明的正極包括與粘合劑發(fā)生物理和化學(xué)相互作用進而提高粘合劑的粘附力的添加劑。該添加劑致使粘合劑的量減少和硫利用率的提高，同時提高了單位重量活性漿狀物的容量。另外，該正極具有改進的循環(huán)壽命特性。
舉例來說，可以利用本發(fā)明的鋰硫電池為便攜式電子設(shè)備等制品提供電源。便攜式電子設(shè)備包括但不局限于手持設(shè)備，包括組織人員(organizer)、視頻游戲、移動電話、尋呼機、電子玩具等等。
盡管已經(jīng)展示和敘述了本發(fā)明的一些實施方案，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的原理和構(gòu)思的情況下，可以對該實施方案作出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等價物來確定。
權(quán)利要求
1.一種鋰硫電池的正極，包括正極活性物質(zhì)，該正極活性物質(zhì)選自元素硫，硫基化合物，及其混合物中至少一種；導(dǎo)電劑；有機粘合劑；及添加劑，該添加劑包含其主鏈或者側(cè)鏈中具有至少一個氨基氮的聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的正極，其中該添加劑是聚乙烯亞胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的正極，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為5～50重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的正極，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為10～40重量份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的正極，其中該添加劑是重均分子量為20000～150000的聚乙烯亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的正極，其中該添加劑是重均分子量為30000～120000的聚乙烯亞胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的正極，其中該正極活性物質(zhì)是元素硫或者選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液中的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物，及碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)中至少一種的硫基化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的正極，其中該粘合劑選自聚乙烯基吡咯烷酮，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯的共聚物，聚丙烯酸乙酯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，以及它們的共聚物。
9.一種鋰硫電池，包括正極，該正極包括至少一種選自元素硫，硫基化合物，及其混合物的正極活性物質(zhì)；導(dǎo)體；有機粘合劑；及包含主鏈或側(cè)鏈中具有至少一個氨基氮的聚合物的添加劑；負極，該負極包括選自其中能夠可逆發(fā)生鋰嵌入的材料，可以與鋰離子反應(yīng)形成含鋰化合物的材料，以及鋰合金的負極活性物質(zhì)；及電解質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鋰硫電池，其中該添加劑是聚乙烯亞胺。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的鋰硫電池，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為5～50重量份。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的鋰硫電池，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為10～40重量份。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的鋰硫電池，其中該添加劑是重均分子量為20000～150000的聚乙烯亞胺。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的鋰硫電池，其中該添加劑是重均分子量為30000～120000的聚乙烯亞胺。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的鋰硫電池，其中該正極活性物質(zhì)是元素硫或者至少一種選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液中的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物，及碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)的硫基化合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的鋰硫電池，其中該粘合劑選自聚乙烯基吡咯烷酮，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯與聚偏二氟乙烯的共聚物，聚丙烯酸乙酯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酰胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，以及它們的共聚物。
17.一種鋰硫電池的正極，包括正極活性物質(zhì)，其為選自元素硫，硫基化合物，及其混合物中的至少一種；導(dǎo)體；粘合劑，其選自聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，聚乙烯基吡咯烷酮，聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯與聚偏二氟乙烯的共聚物，聚丙烯酸乙酯，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酰胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，以及它們的共聚物；及包含聚乙烯亞胺的添加劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的正極，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為5～50重量份。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的正極，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為10～40重量份。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的正極，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為20000～150000。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的正極，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為30000～120000。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的正極，其中該正極活性物質(zhì)為元素硫或者選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液中的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物及碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)中的至少一種。
23.一種鋰硫電池，包括正極，該正極包含選自元素硫，硫基化合物，及其混合物中至少一種的正極活性物質(zhì)；導(dǎo)體；選自聚乙烯基吡咯烷酮聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯與聚偏二氟乙烯的共聚物，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酰胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，以及它們的共聚物的粘合劑；負極，該負極包括選自其中能夠可逆發(fā)生鋰嵌入的材料，與鋰離子反應(yīng)形成含鋰化合物的材料，金屬鋰及鋰合金的負極活性物質(zhì)；及電解質(zhì)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的鋰硫電池，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為5～50重量份。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的鋰硫電池，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為10～40重量份。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的鋰硫電池，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為20000～150000。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的鋰硫電池，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為30000～120000。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的鋰硫電池，其中該正極活性物質(zhì)是元素硫或者至少一種選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液中的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物，及碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)的硫基化合物。
29.一種包括便攜式電子設(shè)備的制品，其中該便攜式電子設(shè)備是靠鋰硫電池提供電源的，所述鋰硫電池包括正極，該正極包含選自元素硫，硫基化合物，及其混合物中至少一種的正極活性物質(zhì)；導(dǎo)體；選自聚乙烯基吡咯烷酮聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚偏二氟乙烯，聚六氟丙烯與聚偏二氟乙烯的共聚物，聚四氟乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯腈，聚己內(nèi)酰胺，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚丁二烯，聚異戊二烯，聚丙烯酸，它們的衍生物，它們的混合物，以及它們的共聚物的粘合劑；負極，該負極包括選自其中能夠可逆發(fā)生鋰嵌入的材料，與鋰離子反應(yīng)形成含鋰化合物的材料，金屬鋰及鋰合金的負極活性物質(zhì)；及電解質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的制品，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為5～50重量份。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的制品，其中該添加劑的量按100重量份的粘合劑計為10～40重量份。
32.根據(jù)權(quán)利要求29的制品，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為20000～150000。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的制品，其中該聚乙烯亞胺的重均分子量為30000～120000。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的制品，其中該正極活性物質(zhì)是元素硫或者至少一種選自Li2Sn(n≥1)，溶解于陰極電解液中的Li2Sn(n≥1)，有機硫化合物，及碳-硫聚合物((C2Sx)n，x＝2.5～50，n≥2)的硫基化合物。
全文摘要
鋰硫電池的正極及包括它的鋰硫電池，所述鋰硫電池的正極包括正極活性物質(zhì)，導(dǎo)體，有機粘合劑和添加劑。該正極活性物質(zhì)包括選自元素硫，硫基化合物或其混合物中的至少一種。所述添加劑包括其主鏈或者側(cè)鏈中具有至少一個氨基氮的聚合物。
文檔編號H01M4/02GK1482693SQ0312057
公開日2004年3月17日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月11日
發(fā)明者鄭鏞洲, 金奭, 崔允碩 申請人:三星Sdi株式會社