RU2827134C1

RU2827134C1 - Laminated positive electrode for lithium-sulphur battery and method of its manufacturing

Info

Publication number: RU2827134C1
Application number: RU2023132742A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич КОЛОСНИЦЫН; Елена Владимировна КАРАСЕВА; Елена Владимировна Кузьмина
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Рэнера" (Ооо "Рэнера")
Filing date: 2023-12-11
Publication date: 2024-09-23

Abstract

FIELD: electrical industry.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the electrical industry, in particular to the production of secondary chemical current sources, and can be used in the manufacture of positive electrodes for lithium-sulphur batteries. Technical task is achieved by using polymers in the design when making the electrode, which can swell in the electrolyte, retain the required amount of electrolyte and form an ion-conducting phase (gel polymer electrolyte).

EFFECT: development of design and manufacturing method of laminated positive electrode for lithium-sulphur accumulators, containing amount of electrolyte required for complete electrochemical conversion of sulphur and a separator tightly coupled with the active layer of the electrode, preventing short-circuiting of the positive and negative electrodes.

6 cl, 2 ex

Description

Область техникиField of technology

Группа заявленных изобретений относится к электротехнической промышленности, в частности, к производству вторичных химических источников тока и может быть использовано при изготовлении положительных электродов литий-серных аккумуляторов.The group of claimed inventions relates to the electrical engineering industry, in particular, to the production of secondary chemical current sources and can be used in the manufacture of positive electrodes of lithium-sulfur batteries.

Уровень техникиState of the art

Автономные источники электрической энергии получили широкое применение в различных областях современной техники, как в малогабаритных устройствах (ноутбуках, мобильных телефонах, мобильных радиоэлектронных устройствах и др.), так и в крупногабаритных устройствах (электромобилях, катерах, скутерах, квадрокоптерах, электровелосипедах, системах хранения электроэнергии на электростанциях на основе возобновляемых источников энергии).Autonomous sources of electrical energy have found wide application in various areas of modern technology, both in small-sized devices (laptops, mobile phones, mobile electronic devices, etc.) and in large-sized devices (electric vehicles, boats, scooters, quadcopters, electric bicycles, energy storage systems at power plants based on renewable energy sources).

Основными параметрами автономных источников электрического тока являются удельные (объемная и весовая) энергия и мощность, длительность циклирования и срок эксплуатации, безопасность для природы и человека, а также стоимость.The main parameters of autonomous sources of electric current are specific (volume and weight) energy and power, cycling duration and service life, safety for nature and humans, as well as cost.

Удельные энергия и мощность источников тока определяются энергетическими характеристиками активных материалов положительных и отрицательных электродов. В настоящее время наиболее энергоемкими из промышленно выпускаемых источников тока являются литий-ионные аккумуляторы (далее - ЛИА), удельная энергия которых достигает 250-270 Вт*ч/кг. Многолетние усовершенствования ЛИА позволили добиться максимально возможных энергетических характеристик. Поэтому дальнейшие совершенствования ЛИА направлены в основном на увеличение сроков их эксплуатации, повышения безопасности и снижения стоимости.The specific energy and power of current sources are determined by the energy characteristics of the active materials of the positive and negative electrodes. Currently, the most energy-intensive of the industrially produced current sources are lithium-ion batteries (hereinafter referred to as LIB), the specific energy of which reaches 250-270 W*h/kg. Long-term improvements to LIB have made it possible to achieve the highest possible energy characteristics. Therefore, further improvements to LIB are aimed mainly at increasing their service life, improving safety and reducing cost.

Увеличение удельной энергии электрохимических накопителей энергии может быть достигнуто за счет использования более энергоемких электродных материалов по сравнению с электродными материалами ЛИА. Такими материалами являются металлический литий и элементарная сера. Теоретическая удельная энергия электрохимической системы литий-сера составляет 2600 Вт*ч/кг, что более чем в пять раз выше теоретической удельной энергии литий-ионных электрохимических систем. Высокая удельная энергия системы Li-S предполагает возможность создания электрохимических накопителей электрической энергии с плотностью энергии в 2-3 раза выше, чем у ЛИА. Однако достигнутая в настоящее время реальная удельная энергия прототипов литий-серных аккумуляторов (далее - ЛСА) существенно ниже и едва достигает 300-350 Вт*ч/кг при ограниченной длительности циклирования (50-100 циклов). Причиной низкой практической удельной энергией ЛСА является большое количество электролита необходимого для полного электрохимического восстановления элементарной серы.An increase in the specific energy of electrochemical energy storage devices can be achieved by using more energy-intensive electrode materials compared to the electrode materials of LIB. Such materials are metallic lithium and elemental sulfur. The theoretical specific energy of the lithium-sulfur electrochemical system is 2600 Wh/kg, which is more than five times higher than the theoretical specific energy of lithium-ion electrochemical systems. The high specific energy of the Li-S system suggests the possibility of creating electrochemical storage devices of electrical energy with an energy density 2-3 times higher than that of LIB. However, the actual specific energy of lithium-sulfur batteries (hereinafter referred to as LSA) prototypes achieved at present is significantly lower and barely reaches 300-350 Wh/kg with a limited cycling duration (50-100 cycles). The reason for the low practical specific energy of LSA is the large amount of electrolyte required for the complete electrochemical reduction of elemental sulfur.

ЛСА относят к аккумуляторам с жидким катодом поскольку активный материал положительного электрода сера и промежуточные продукты ее восстановления полисульфиды лития растворены в электролите. Образующиеся в процессе заряда и разряда полисульфиды лития связывают в сольватных оболочках катиона лития свободные молекулы электролитных растворителей. Поэтому для глубокого электрохимического восстановления серы электролитного раствора в ЛСА должно быть достаточным для полной сольватации полисульфидов лития.LSA are classified as batteries with a liquid cathode because the active material of the positive electrode, sulfur, and the intermediate products of its reduction, lithium polysulfides, are dissolved in the electrolyte. The lithium polysulfides formed during charging and discharging bind free molecules of electrolyte solvents in the solvate shells of the lithium cation. Therefore, for deep electrochemical reduction of sulfur, the electrolyte solution in LSA must be sufficient for complete solvation of lithium polysulfides.

Положительный электрод литий-серного аккумулятора представляет собой многослойную структуру, состоящую из токового коллектора и одного или нескольких слоев активного материала. Активный материал включает как минимум три компонента - элементарную серу, углерод и связующее и представляет собой пористое тело. Пористость слоя активного материала обеспечивается размером и формой твердых частиц - серы и углерода. При изготовлении ЛСА поры активного материала положительного электрода заполняются электролитом.The positive electrode of a lithium-sulfur battery is a multilayer structure consisting of a current collector and one or more layers of active material. The active material includes at least three components - elemental sulfur, carbon and a binder and is a porous body. The porosity of the active material layer is provided by the size and shape of solid particles - sulfur and carbon. When manufacturing LSA, the pores of the active material of the positive electrode are filled with electrolyte.

Для обеспечения полного электрохимического восстановления серы необходимо равномерное распределение электролита как по поверхности, так и по объему активного слоя серного электрода. Структура серного электрода - пористость, распределение пор по объему, непрерывность порового пространства оказывают существенное влияние на глубину и скорость электрохимического восстановления серы и полисульфидов лития. Важной особенностью серного электрода является существенное изменение его объема при заряде и разряде вызванного различиями в мольных объемах серы (V_моль=15,46 см³/моль) и сульфида лития (V_моль=27,59 см³/моль). Изменение мольного объема активного материала положительного серного электрода приводит к изменению объема порового пространства положительного электрода, а, следовательно, и количества электролитаTo ensure complete electrochemical reduction of sulfur, it is necessary to distribute the electrolyte uniformly both over the surface and over the volume of the active layer of the sulfur electrode. The structure of the sulfur electrode - porosity, pore distribution by volume, continuity of the pore space have a significant effect on the depth and rate of electrochemical reduction of sulfur and lithium polysulfides. An important feature of the sulfur electrode is a significant change in its volume during charging and discharging caused by differences in the molar volumes of sulfur (V _mol = 15.46 cm ³ /mol) and lithium sulfide (V _mol = 27.59 cm ³ /mol). A change in the molar volume of the active material of the positive sulfur electrode leads to a change in the volume of the pore space of the positive electrode, and, consequently, the amount of electrolyte

На первой стадии разряда ЛСА первоначально происходит образование длинноцепных полисульфидов лития (Li₂S_n, n>4) и их растворение в электролите (уравнение 1). В результате расходования элементарной серы поровое пространство положительного электрода увеличивается.At the first stage of the LSA discharge, long-chain lithium polysulfides (Li ₂ S _n , n>4) are initially formed and dissolved in the electrolyte (equation 1). As a result of the consumption of elemental sulfur, the pore space of the positive electrode increases.

После достижения предела растворимости полисульфиды лития начинают выделяться из электролитного раствора в отдельную фазу в виде сольватных комплексов (уравнение 2).After reaching the solubility limit, lithium polysulfides begin to separate from the electrolyte solution into a separate phase in the form of solvate complexes (equation 2).

В результате связывания части молекул растворителей в сольватных оболочках катионов лития входящих в состав полисульфидов лития происходит уменьшение количества электролита.As a result of the binding of some of the solvent molecules in the solvate shells of lithium cations included in the composition of lithium polysulfides, the amount of electrolyte decreases.

На второй стадии разряда ЛСА происходит образование сульфида лития и высвобождение связанного в сольватных оболочках катионов лития молекул растворителей (уравнение 3).At the second stage of the LSA discharge, lithium sulfide is formed and the solvent molecules bound in the solvate shells of lithium cations are released (equation 3).

Сульфид лития не растворим в электролите и выделяется на поверхности углеродных частиц и в поровом пространстве серного электрода в виде отдельной твердой фазы. Вследствие образования твердой фазы сульфида лития поровое пространство положительного электрода его уменьшается. При заряде ЛСА все вышеописанные процессы протекают в обратном порядке. Поровое пространство положительного электрода на начальных стадиях заряда увеличивается, а затем вследствие образования элементарной серы и выделения ее в твердую фазу уменьшается.Lithium sulfide is insoluble in the electrolyte and is released on the surface of carbon particles and in the pore space of the sulfur electrode as a separate solid phase. Due to the formation of the solid phase of lithium sulfide, the pore space of the positive electrode decreases. When charging the LSA, all the above processes occur in reverse order. The pore space of the positive electrode increases at the initial stages of charging, and then decreases due to the formation of elemental sulfur and its release into the solid phase.

Таким образом при разряде и заряде ЛСА происходит изменение объема порового пространства положительного электрода. На начальных стадиях разряда и заряда объем порового пространства увеличивается, а на заключительных - уменьшается.Thus, during the discharge and charge of the LSA, the volume of the pore space of the positive electrode changes. At the initial stages of discharge and charge, the volume of the pore space increases, and at the final stages, it decreases.

Для обеспечения протекания электрохимических реакций поровое пространство положительного электрода должно быть полностью заполнено электролитом. Изменение объема порового пространства положительного электрода в процессе заряда и разряда ЛСА приводит и к изменению объема электролита в положительном электроде.To ensure the flow of electrochemical reactions, the pore space of the positive electrode must be completely filled with electrolyte. A change in the volume of the pore space of the positive electrode during the charging and discharging of the LSA also leads to a change in the volume of electrolyte in the positive electrode.

Для обеспечения непрерывности электролитной фазы объем активного слоя положительного электрода должен либо изменяться в соответствие с изменением объема порового пространства, либо электролит должен перемещаться между положительным электродом и свободным пространством электрохимической ячейки.To ensure continuity of the electrolyte phase, the volume of the active layer of the positive electrode must either change in accordance with the change in the volume of the pore space, or the electrolyte must move between the positive electrode and the free space of the electrochemical cell.

Поскольку в электрохимических процессах, протекающих в ЛСА при разряде и заряде, участвует электролит электрохимические свойства ЛСА (глубина электрохимического восстановления серы, разрядное напряжение, формы зарядных и разрядных кривых кулоновская и энергетическая эффективность циклирования и др.) существенно зависят от количества электролита и равномерности его распределения по объему положительного электрода ЛСА.Since the electrolyte is involved in the electrochemical processes occurring in the LSA during discharge and charge, the electrochemical properties of the LSA (depth of electrochemical reduction of sulfur, discharge voltage, shapes of charge and discharge curves, Coulomb and energy efficiency of cycling, etc.) significantly depend on the amount of electrolyte and the uniformity of its distribution over the volume of the positive electrode of the LSA.

Существенное влияние на глубину электрохимических превращений серы и полисульфидов лития оказывают свойства связующих. В качестве связующих для положительных серных электродов предложено множество полимеров. Все связующие можно разделить на две большие группы - ограниченно набухающие в электролите и неограниченно набухающие в электролите. Следует иметь ввиду, что при отнесении связующего к той или иной группе должны учитываться и свойства электролитов, поскольку набухаемость связующих определяется как свойствами полимеров, так и свойствами электролитов.The properties of the binders have a significant effect on the depth of electrochemical conversions of sulfur and lithium polysulfides. Many polymers have been proposed as binders for positive sulfur electrodes. All binders can be divided into two large groups - those that swell to a limited extent in the electrolyte and those that swell to an unlimited extent in the electrolyte. It should be borne in mind that when assigning a binder to a particular group, the properties of the electrolytes must also be taken into account, since the swelling capacity of the binders is determined by both the properties of the polymers and the properties of the electrolytes.

Наилучшими характеристиками обладают ЛСА со связующими полностью набухающими в электролитных системах поскольку они обеспечивают высокую прочность и сплошность электродного модуля при различных глубинах разряда.The best characteristics are possessed by LSA with binders that completely swell in electrolyte systems, since they provide high strength and continuity of the electrode module at various discharge depths.

Традиционно при изготовлении ЛСА первоначально собирают электродный модуль, состоящий из плотно прилегающих друг к другу положительных и отрицательных электродов, разделенных сепаратором, изготовленным из пористого (полимерного) материала. Собранный электродный модуль помещают в корпус аккумулятора, в который вносят необходимое количество электролита. Затем для пропитки электродного модуля электролитом несколько раз сканируют давление в корпусе аккумулятора от нескольких мм рт.ст. до нормального атмосферного давления. При сканировании давления происходит заполнение пор положительного электрода и сепаратора электролитом. При таком способе введения электролита в ЛСА трудно контролировать как количество электролита в положительном электроде, так и равномерность его распределения по объему активного слоя положительного электрода. Кроме того, при использовании в качестве связующих полимеров, набухающих в электролите при заполнении электродного модуля электролитом, происходит блокировка его внутреннего пространства из-за набухания его периферийных областей и слипания электродов друг с другом.Traditionally, when manufacturing LSA, an electrode module is initially assembled, consisting of positive and negative electrodes tightly adjacent to each other, separated by a separator made of a porous (polymer) material. The assembled electrode module is placed in the battery case, into which the required amount of electrolyte is introduced. Then, to impregnate the electrode module with electrolyte, the pressure in the battery case is scanned several times from several mm Hg to normal atmospheric pressure. When scanning the pressure, the pores of the positive electrode and separator are filled with electrolyte. With this method of introducing electrolyte into LSA, it is difficult to control both the amount of electrolyte in the positive electrode and the uniformity of its distribution over the volume of the active layer of the positive electrode. In addition, when using polymers as binders that swell in the electrolyte when filling the electrode module with electrolyte, its internal space is blocked due to swelling of its peripheral areas and adhesion of the electrodes to each other.

Таким образом, недостатком традиционного способа введения электролита в литий-серный аккумулятор с набухающими в электролите связующими является невозможность обеспечения равномерного распределения электролита по объему электродного модуля.Thus, the disadvantage of the traditional method of introducing electrolyte into a lithium-sulfur battery with binders swelling in the electrolyte is the impossibility of ensuring uniform distribution of the electrolyte throughout the volume of the electrode module.

Из уровня техники также известен (по патенту США № US 20200235364) литий-серный аккумулятор, который состоит из положительного электрода; отрицательного электрода; сепаратора; жидкого электролита; и дополнительно полимерный нетканый материал, расположенный между положительным электродом и сепаратором. При этом полимерный нетканый материал пропитан электролитом, обеспечивая непрерывную подачу жидкого электролита к положительному электроду. Недостатком такого аккумулятора является усложненная конструкция, которая влечет увеличение временных затрат на изготовление, и сниженная удельная энергия аккумулятора вследствие увеличения массы.Also known from the prior art (according to US Patent No. US 20200235364) is a lithium-sulfur battery, which consists of a positive electrode; a negative electrode; a separator; a liquid electrolyte; and additionally a polymer non-woven material located between the positive electrode and the separator. In this case, the polymer non-woven material is impregnated with an electrolyte, ensuring a continuous supply of liquid electrolyte to the positive electrode. The disadvantage of such a battery is a complicated design, which entails an increase in the time costs for manufacturing, and a reduced specific energy of the battery due to an increase in mass.

Известен способ изготовления положительный электрод для литий-серной батареи (патент США № US 20040029014), заключающийся в смешивании серы, проводящего материала и связующего в органическом растворителе для приготовления композиции активного материала; нанесении композиции на токосъемник для формирования активного слоя; и погружение заготовки в полимерную жидкость для формирования полимерного слоя на активном слое, при этом в качестве связующего используются полимеры. Недостатком данного способа является отсутствие в конструкции положительного электрода сепаратора, что повышает риск короткого замыкания.A method for producing a positive electrode for a lithium-sulfur battery is known (US Patent No. US 20040029014), which consists of mixing sulfur, a conductive material, and a binder in an organic solvent to prepare an active material composition; applying the composition to a current collector to form an active layer; and immersing the workpiece in a polymer liquid to form a polymer layer on the active layer, with polymers used as a binder. A disadvantage of this method is the absence of a separator in the positive electrode design, which increases the risk of a short circuit.

Техническая задачаTechnical task

Технической задачей заявленных изобретений группы является разработка конструкции и способа изготовления ламинированного положительного электрода для литий-серных аккумуляторов, содержащего необходимое для полного электрохимического превращения серы количество электролита и сепаратор прочно сцепленной с активным слоем электрода, предотвращающий возникновение короткого замыкания положительного и отрицательного электродов.The technical task of the claimed inventions of the group is to develop a design and method for manufacturing a laminated positive electrode for lithium-sulfur batteries, containing the amount of electrolyte necessary for the complete electrochemical conversion of sulfur and a separator firmly bonded to the active layer of the electrode, preventing the occurrence of a short circuit of the positive and negative electrodes.

Техническая задача достигается за счет использования в конструкции электрода полимеров, способных набухать в электролите, удерживать необходимое количество электролита и образовывать ионопроводящую фазу (гелевый полимерный электролит).The technical task is achieved by using polymers in the electrode design that are capable of swelling in the electrolyte, retaining the required amount of electrolyte and forming an ion-conducting phase (gel polymer electrolyte).

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Сущность заявленного ламинированного положительного электрода для литий-серного аккумулятора заключается в том, что он состоит из токового коллектора, на который нанесено углеродное покрытие; активного слоя, нанесенного на поверхность токового коллектора с углеродным покрытием, и сепаратора. При этом активный слой состоит из элементарной серы, токопроводящей добавки, связующего и электролита. Сепаратор представляет собой пленку из микропористого полимера или нетканого полимерного материала. Электролит представляет собой раствор одной или нескольких солей в одном или нескольких растворителях. Связующее представляет собой полимер, способный ограниченно набухать в электролите.The essence of the claimed laminated positive electrode for a lithium-sulfur battery is that it consists of a current collector with a carbon coating; an active layer applied to the surface of the current collector with a carbon coating, and a separator. The active layer consists of elemental sulfur, a conductive additive, a binder, and an electrolyte. The separator is a film made of a microporous polymer or non-woven polymer material. The electrolyte is a solution of one or more salts in one or more solvents. The binder is a polymer capable of limited swelling in the electrolyte.

Заявленный способ изготовления ламинированного положительного электрода для литий-серного аккумулятора заключается в последовательности выполнения следующих операций. Осуществляют изготовление суспензии, состоящей из элементарной серы, токопроводящей добавки, полимерного связующего и растворителя. Наносят суспензию на токовый коллектор с углеродным покрытием. Сушат нанесенную суспензию до полного удаления растворителя, при этом на коллекторе остается слой, состоящий из элементарной серы, токопроводящей добавки и полимерного связующего. Коллектор и слой, состоящий из элементарной серы, токопроводящей добавки и полимерного связующего, каландрируют. Слой, содержащий элементарную серу, токопроводящую добавку и полимерное связующее, пропитывают электролитом. Укладывают сепаратор на пропитанный электролитом слой.The claimed method for manufacturing a laminated positive electrode for a lithium-sulfur battery consists of the following sequence of operations. A suspension is manufactured consisting of elemental sulfur, a conductive additive, a polymer binder, and a solvent. The suspension is applied to a current collector with a carbon coating. The applied suspension is dried until the solvent is completely removed, leaving a layer on the collector consisting of elemental sulfur, a conductive additive, and a polymer binder. The collector and the layer consisting of elemental sulfur, a conductive additive, and a polymer binder are calendered. The layer containing elemental sulfur, a conductive additive, and a polymer binder is impregnated with an electrolyte. The separator is placed on the layer impregnated with the electrolyte.

После нанесения электролита и укладки сепаратора на одну сторону электрода, аналогичным образом пропитывается вторая сторона электрода, и на нее также укладывается сепаратор.After applying the electrolyte and placing the separator on one side of the electrode, the second side of the electrode is impregnated in a similar manner, and the separator is also placed on it.

После изготовления положительных электродов, пропитанных заданным количеством электролита и ламинированных сепараторами, производится сборка литий-серной аккумуляторной ячейки путем послойной укладки необходимых количеств положительных и отрицательных электродов.After the positive electrodes have been manufactured, impregnated with a given amount of electrolyte and laminated with separators, the lithium-sulfur battery cell is assembled by layering the required quantities of positive and negative electrodes.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Пример 1 (сопоставительный)Example 1 (comparative)

В перчаточном боксе в атмосфере сухого воздуха (точка росы минус 35°С) была собрана литий-серная ячейка из двух положительных серных электродов, содержащих 70% серы, 20% углеродной сажи и 10% полиэтиленоскида с молекулярной массой 900000 как связующее, между которыми был размещен отрицательный электрод, изготовленный из литиевой фольги. Между положительными электродами и отрицательным электродом были помещены сепараторы, изготовленные из микропористой полипропиленовой пленки (Celgard 3501). Собранный электродный модуль для обеспечения механической прочности был обернут пленкой из микропористого полипропилена, боковая сторона которой была зафиксирована узкой липкой лентой. После сборки электродный модуль был помещен в пакет, изготовленный из металлополимерного ламината. В пакет был добавлен электролит (1 М раствор LiSO₃CF₃ в сульфолане) из расчета 6 мкл на 1 мА*час емкости положительного электрода. Пакет с электродным модулем был помещен в вакуумную камеру. Для заполнения пор положительного электрода электролитом вакуумная камера была откачена до остаточного давления в 1 мм рт.ст. и затем заполнена сухим воздухом до нормального давления. Процедура вакуумирования была повторена 5 раз. Затем ячейка была извлечена из вакуумной камеры и загерметизирована термической сваркой верхнего шва таким образом, что бы токовыводы электродов были выведены из корпуса ячейки.A lithium-sulfur cell was assembled in a glove box in a dry air atmosphere (dew point minus 35°C) from two positive sulfur electrodes containing 70% sulfur, 20% carbon black and 10% polyethylene oxide with a molecular weight of 900,000 as a binder, between which a negative electrode made of lithium foil was placed. Separators made of microporous polypropylene film (Celgard 3501) were placed between the positive electrodes and the negative electrode. The assembled electrode module was wrapped in a microporous polypropylene film to ensure mechanical strength, the side of which was fixed with a narrow adhesive tape. After assembly, the electrode module was placed in a package made of metal-polymer laminate. An electrolyte (1 M LiSO ₃ CF ₃ solution in sulfolane) was added to the bag at a rate of 6 μl per 1 mA*h of positive electrode capacity. The bag with the electrode module was placed in a vacuum chamber. To fill the pores of the positive electrode with electrolyte, the vacuum chamber was evacuated to a residual pressure of 1 mm Hg and then filled with dry air to normal pressure. The evacuation procedure was repeated 5 times. Then the cell was removed from the vacuum chamber and sealed by thermal welding of the upper seam in such a way that the current leads of the electrodes were brought out of the cell body.

Собранная ячейка была подвергнута разряду в режиме ОД С до конечного напряжения разряда, равного 1,5 В. Полученная практическая емкость ячейки составила 8% от теоретического значения.The assembled cell was subjected to discharge in the OD C mode to a final discharge voltage of 1.5 V. The resulting practical capacity of the cell was 8% of the theoretical value.

После разряда ячейку разобрали и продефектировали. Дефектация показала, что площадь электродов, пропитанных электролитом, составила около 10% от общей площади.After discharge, the cell was disassembled and tested for defects. The testing showed that the area of the electrodes impregnated with electrolyte was about 10% of the total area.

Пример 2Example 2

На положительные электроды такого же состава, как и в Примере 1, был нанесен электролит (1 М раствор LiSO₃CF₃ в сульфолане) из расчета 4 мкл на 1 мА*час емкости электрода. Электроды с нанесенным слоем электролита были выдержаны в течение 5 минут, и затем на электроды был уложен сепаратор из микропористого полипропилена (Celgard 3501). Между ламинированными электродами, содержащими электролит, был помещен литиевый фольговый электрод. Собранный электродный модуль для обеспечения механической прочности был обернут пленкой из микропористого полипропилена боковая сторона которой была зафиксирована узкой липкой лентой. После сборки электродный модуль был помещен в пакет, изготовленный из металлополимерного ламината, который и загерметизирована термической сваркой верхнего шва таким образом, чтобы токовыводы электродов были выведены из корпуса ячейки.An electrolyte (1 M LiSO ₃ CF ₃ solution in sulfolane) was applied to positive electrodes of the same composition as in Example 1 at a rate of 4 μl per 1 mA*h of electrode capacity. The electrodes with the applied electrolyte layer were kept for 5 minutes, and then a separator made of microporous polypropylene (Celgard 3501) was placed on the electrodes. A lithium foil electrode was placed between the laminated electrodes containing the electrolyte. The assembled electrode module was wrapped in a film made of microporous polypropylene to ensure mechanical strength, the side of which was fixed with a narrow adhesive tape. After assembly, the electrode module was placed in a package made of metal-polymer laminate, which was sealed by thermal welding of the upper seam in such a way that the current leads of the electrodes were brought out of the cell body.

Собранная ячейка была подвергнута разряду в режиме 0,1 С до конечного напряжения разряда, равного 1,5 В. Полученная практическая емкость ячейки составила 75% от теоретического значения.The assembled cell was discharged at 0.1 C to a final discharge voltage of 1.5 V. The resulting practical cell capacity was 75% of the theoretical value.

После разряда ячейку разобрали и продефектировали. Дефектация показала, что электрохимические реакции протекали на всей площади электродов.After the discharge, the cell was disassembled and tested for defects. The testing showed that electrochemical reactions occurred over the entire area of the electrodes.

Claims

1. A laminated positive electrode for a lithium-sulfur battery, characterized in that it consists of a current collector to which a carbon coating is applied; an active layer applied to the surface of the current collector; and a separator.

2. An electrode according to item 1, characterized in that the active layer consists of elemental sulfur, a conductive additive, a binder, and an electrolyte.

3. An electrode according to item 1, characterized in that the separator is a film made of a microporous polymer or non-woven polymer material.

4. An electrode according to item 2, characterized in that the electrolyte is a solution of one or more salts in one or more solvents.

5. An electrode according to item 2, characterized in that the binder is a polymer capable of limited swelling in an electrolyte.

6. A method for producing a laminated positive electrode consisting of a current collector onto which a carbon coating is applied, an active layer applied to the surface of the current collector, and a separator, characterized by performing the following sequence of operations: producing a suspension consisting of elemental sulfur, a conductive additive, a polymer binder, and a solvent; applying a layer of the suspension to the current collector with a carbon coating; drying the suspension applied to the current collector until the solvent is completely removed; calendering the current collector with the dried applied layer containing sulfur, a conductive additive, and a binder; impregnating the layer containing sulfur, a conductive additive, and a binder with an electrolyte; laying a separator, which is a film of a microporous polymer or non-woven polymer material, on the active layer.