一种锂硫电池的阶梯充电技术

摘要

本发明公开了一种锂硫电池的阶梯充电技术，属于电池充电技术领域。所述充电技术包括两种方案：充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电；充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。所述充电技术通过降低充电极化，特别是充电初期的极化，挖掘充电潜能，提高活性硫的利用率。与恒流充电相比，这些充电技术均能够在相同充电电量的前提下，提高电池充电速度，缩短充电时间，提升电池的循环性能。

说明书

技术领域

本发明属于电池充电技术领域，具体涉及一种锂硫电池的阶梯充电技术。

背景技术

锂硫电池的理论能量密度2600Wh/Kg，是传统锂离子电池的3-5倍，是极具应用前景的电化学储能体系。在过去的十年中，锂硫电池得到了长足的发展，特别是在比容量和扣式电池层级的循环稳定性上都有了大幅度的提升，但是仍然存在着较多的技术挑战。其中，较大的内阻是限制锂硫电池性能提升的因素之一，而造成锂硫电池内阻较大的原因主要有硫本身的低电导率、硫与锂形成的多硫化物不断溶于电解液以及不溶性Li

现有锂硫电池最为常见的充电方式是恒流充电，在充电过程中，锂硫电池负极由于是金属锂离子的沉积反应，阳极电位没有明显变化，而正极由于不溶性Li

发明内容

本发明的目的是提供一种锂硫电池的阶梯充电技术，通过降低充电过程的极化，提高活性物质硫的利用率，减缓不溶性固态硫化锂的积累，挖掘电池的充电能力，提高电池充电速度，提升电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种锂硫电池的阶梯充电技术，包括两种充电方案：第一种为充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电；第二种充电电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。

第一种充电方案的电流逐渐增大的阶梯恒流充电方式的具体方案为：设定一组逐渐增大的恒流充电电流值I

所述的电流逐渐增大的阶梯恒流充电，至少包括两个恒流充电阶段，且电池须在上一个充放电周期时已经完全放电。所述的电流逐渐增大的阶梯恒流充电技术，电池恒流充电第一阶段，充电电流I

第二种充电方案的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电的具体方案为：设定一组逐渐增大的脉冲充电电流值I

所述的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电技术，至少包括两个脉冲充电阶段，且电池须在上一个充放电周期时已经完全放电。所述的电流逐渐增大的阶梯脉冲充电技术，电池阶梯脉冲充电第一个阶段，脉冲充电电流I

附图说明

图1为电流逐渐增大的阶梯恒流充电。

图2为电流逐渐增大的阶梯脉冲充电。

图3为实施例1与对比例充电曲线图。

图4为实施例2与对比例的充电曲线图。

图5为实施例与对比例的循环性能曲线。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案能够被更好的理解，下面结合具体实施例子对本发明的内容进行进一步的阐述。

本发明所有的实施例和对比例所采用的电池体系一致，且所有电池的实际容量都在1.0～1.1mAh范围内。阴极为以有序介孔碳为载硫体的硫正极，负极为金属锂，还包括隔离膜和电解液，通过电池组装、活化等工艺得到扣式电池。其中，在阴极的制备过程中，首先需要将有序介孔碳和硫粉以7：3的重量比例充分混合，然后将混合材料置于155℃的反应釜中12小时，待冷却后与PVDF、导电碳黑以8：1：1的重量比例混合均匀，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂制备获得。隔离膜为微孔性PP类薄膜，电解液为锂盐三氟甲基磺酸亚胺锂溶解于1,3-二氧环烷/1,2-二甲氧基乙烷(DOL/DME，体积比＝1:1)中，添加2wt％的LiNO

本发明实施例与对比例的实施方式内容，具体如下：

对比例1

恒流充放电，且充电电流和放电电流均为0.5C。

实施例1

电流逐渐增大的阶梯恒流充电，参考图1，该技术的特点是多阶段恒流充电，且充电电流I

实施例1的具体步骤如下：

设定一组逐渐增大的恒流充电电流值I

实施例2

电流逐渐增大的阶梯脉冲充电，参考图2，该技术的特点是阶梯脉冲充电，在同一个阶梯里的脉冲充电电流一致，而不同阶梯的脉冲充电电流呈现从小到大的变化趋势，至少包含2个充电阶梯。

实施例2的具体步骤如下：

设定一组逐渐增大的脉冲充电电流值I

图3至图4分别为实施例1和实施例2同对比例的充电电压和充电电流随容量变化的曲线图。由图可知，在相同充电容量下，本发明的充电技术在充电过程中均能够有效降低充电极化，特别是在充电初期阶段，而在充电的后期，虽然实施例的充电电流均高于对比例，但是充电极化并没有明显变大。因此，本发明的充电技术在确保相同充电容量的前提下，可以通过合理的降低极化，在一定程度上提高充电速度。

图5为实施例1和实施例2同对比例的循环性能曲线图。由图可知，在循环50次后，与对比例相比，本发明的所有实施例不仅能够提高电池的充电速度，还能够保持良好的循环性能。

为了能够更加清晰的表述所有实施例的充电优势，表1对实施例和对比例的充电参数及充电速度进行简要的汇总。

表1.实施例与对比例的性能参数表

结合以上所描述的实施例子，本发明的锂硫电池充电技术，通过充电电流逐渐增大的阶梯恒流充电或者阶梯脉冲充电，减缓充电过程中的极化积累，降低极化电位，促进硫与锂不同中间相态的转化，特别是提高固态Li

最后需要说明的是，以上所描述的实施例子仅用于描述本发明的技术方案，而非对其限制。本发明还可以对上述实施方式进行适当的修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。因此，对本发明的一些修改或者变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。