[發(fā)明專(zhuān)利]一種復(fù)合硫正極材料的制備方法及其在全固態(tài)鋰硫電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810458323.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108539182B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高云智;曹毅;張瀚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 哈爾濱龍科專(zhuān)利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種復(fù)合硫正極材料的制備方法及其在全固態(tài)鋰硫電池中的應(yīng)用，屬于電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法如下：將硫材料、固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑分散于溶劑中，固含量為30~70%，球磨混合均勻后，干燥得混合物一；將導(dǎo)電劑分散于溶劑中，固含量為30~70%，然后再將其加入混合物一中，按照混合物一質(zhì)量的5~10%加入，球磨混合均勻后，干燥得混合物二；向混合物二中加入混合物二質(zhì)量2~5%的溶劑化離子液體，用研缽研磨混合均勻，即得到復(fù)合硫正極材料。所述的復(fù)合硫正極應(yīng)用于全固態(tài)鋰硫電池中。本發(fā)明同時(shí)提出加入少量與各組分兼容的溶劑化的離子液體，填充在固體顆粒間隙，同時(shí)，溶劑化的離子液體具有離子導(dǎo)電作用，可進(jìn)一步加強(qiáng)電極內(nèi)部硫材料的離子導(dǎo)電通路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合硫正極材料的制備方法及其在全固態(tài)鋰硫電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

全固態(tài)電池是一類(lèi)以固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的新型高安全性鋰離子電池，其電解質(zhì)主要分為聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。其中，由于具有更高的安全性，無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)得到了廣泛的關(guān)注和快速的發(fā)展。同時(shí)，隨著鋰離子電池從智能穿戴設(shè)備到電動(dòng)汽車(chē)再到規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的拓展，對(duì)電池的能量密度和功率密度都提出了更高的要求，在眾多的鋰電池體系中，全固態(tài)鋰硫電池被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的電池體系之一。

然而，全固態(tài)鋰硫電池尚存在問(wèn)題。相比于液態(tài)鋰硫電池，固態(tài)鋰硫電池由于采用固體電解質(zhì)，很好的抑制了液態(tài)鋰硫電池中存在的“穿梭效應(yīng)”，但是對(duì)于硫材料電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電性差的問(wèn)題仍沒(méi)有很好的解決方法，同時(shí)，對(duì)于硫在充放電過(guò)程中的體積變化而導(dǎo)致的容量損失，也沒(méi)有找到很好的緩解方法。為解決上述問(wèn)題，需研究和開(kāi)發(fā)硫、固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑的復(fù)合工藝及電極制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的硫復(fù)合正極電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電性差、容量損失的問(wèn)題，提供一種復(fù)合硫正極材料的制備方法及其在全固態(tài)鋰硫電池中的應(yīng)用，所述的復(fù)合硫正極具有良好的離子和電子導(dǎo)電通道，應(yīng)用該復(fù)合硫正極的全固態(tài)鋰硫電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)鋰硫電池的大倍率放電，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種復(fù)合硫正極材料的制備方法，所述方法具體步驟如下：

步驟一：將硫材料、固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑按照40~60：20~40：5~10的質(zhì)量比分散于溶劑中，固含量為30~70%，球磨混合10~40 h，轉(zhuǎn)速200~500r/min，待混合均勻后，置于60℃條件下干燥24 h，獲得混合物一；

步驟二：將導(dǎo)電劑分散于溶劑中，固含量為30~70%，然后再將其加入混合物一中，按照混合物一質(zhì)量的5~10%加入，球磨混合10~40 h，轉(zhuǎn)速30~50r/min，待混合均勻后，置于60℃條件下干燥24 h，獲得混合物二；

步驟三：向混合物二中加入混合物二質(zhì)量2~5%的溶劑化離子液體，用研缽研磨混合均勻，即得到復(fù)合硫正極材料。

一種上述制備的復(fù)合硫正極材料的應(yīng)用，所述的復(fù)合硫正極應(yīng)用于全固態(tài)鋰硫電池中。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、目前通常是使用球磨法制備復(fù)合硫正極材料，由于球磨轉(zhuǎn)速較高，電極材料的結(jié)構(gòu)在球磨過(guò)程中容易被破壞而導(dǎo)致電極性能下降，本發(fā)明提出兩步球磨法，第一步采用高轉(zhuǎn)速球磨，實(shí)現(xiàn)電極中各組分微納米化，并實(shí)現(xiàn)各組分微納米級(jí)均勻混合，大大增加硫正極與電解質(zhì)和導(dǎo)電劑之間的三相界面；第二步再次補(bǔ)充導(dǎo)電劑至合適的電極比例，并使用低轉(zhuǎn)速球磨，維持導(dǎo)電劑材料的自身結(jié)構(gòu)，修復(fù)在第一步球磨中破壞的導(dǎo)電劑結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)建了電極內(nèi)部硫材料充放電所需的良好的離子和電子導(dǎo)通路。