[發明專利]固態鋰硫電池的陰極及其制造方法

在審

• 申請號: 201811325286.5
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN111162242A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: M·E·巴丁;靳俊;盧洋;宋真;溫兆銀;修同平
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司;中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0565
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張璐

1.一種鋰硫電池的陰極，其包含：

孔隙率在60％至99％范圍內的基于硫的復合物層；以及

設置在所述復合物層頂部上以及復合物層的孔內的導電聚合物。

2.如權利要求1所述的陰極，其中，所述復合物層的孔隙率在60％至80％的范圍內。

3.如權利要求1所述的陰極，其中，所述復合物層的孔的尺寸在1μm至50μm的范圍內。

4.如權利要求3所述的陰極，其中，所述孔的尺寸在2μm至10μm的范圍內。

5.如權利要求1所述的陰極，其中，所述復合物層包含碳材料，所述碳材料作為納米顆粒、納米線、納米纖維、納米棒、納米管、納米球、石墨烯或其組合中的至少一種存在。

6.如權利要求5所述的陰極，其中，所述碳材料以5重量％至40重量％范圍內的量存在。

7.如權利要求1所述的陰極，其中，所述復合物層包含在1重量％至20重量％范圍內的金屬碳化物。

8.如權利要求1所述的陰極，其中，所述導電聚合物包含以下中的至少一種：碳聚硫化物(CS)、聚環氧乙烷(PEO)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)(PEDOT)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、聚烯丙基胺鹽酸鹽(PAH)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(P(VdF-共-HFP))、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(二烯丙基二甲基銨)雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺(TFSI)(PDDATFSI)或其組合，以及包含以下中的至少一種：雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰鹽(LiTFSI)、高氯酸鋰、雙(草酸)硼酸鋰(LiBOB)、雙(氟磺酰基)亞胺鋰(LiFSI)或其組合。

9.一種鋰硫(Li-S)電池，其包括：

鋰陽極；

固態電解質；和

如權利要求1所述的陰極。

10.如權利要求9所述的Li-S電池，其被構造成具有至少90％的放電容量保持率。

11.如權利要求9所述的Li-S電池，其中，所述固態電解質包含以下至少一種：Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃、Li_0.55La_0.35TiO₃、聚(丙烯酸乙酯)的互穿聚合物網絡(ipn-PEA)電解質、三維陶瓷/聚合物網絡、原位增塑聚合物、具有排列良好的陶瓷納米線的復合聚合物、基于PEO的固態聚合物、撓性聚合物、聚合離子液體、原位形成的Li₃PS₄或其組合。

12.一種形成鋰硫電池的陰極的方法，所述方法包括：

提供基材；

將基于硫的漿料層設置在基材上；

冷凍干燥漿料層以形成孔隙率在60％至99％范圍內的基于硫的復合物層；以及

將導電聚合物設置在所述復合物層的頂部上以及復合物層的孔內。

13.如權利要求12所述的方法，其中，所述基材是集電器。