[發明專利]一種柔性電極-電解質一體化全固態鋰硫電池的制備

有效

• 申請號: 202010306529.1
• 申請日: 2020-04-17
• 公開（公告）號: CN111490231B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李麗波;單宇航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0565
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種柔性電極?電解質一體化全固態鋰硫電池的制備，具體涉及一種鋰硫電池電極?電解質材料的制備方法。本發明具體步驟依次為：一、活性物質載體導電碳材料的制備；二、導電碳?硫復合材料的制備；三、聚合物電解質、粘結劑的制備；四、一體化柔性電極?電解質材料的制備；五、電池組裝。以本發明的方法制備的固態鋰硫電池具有良好的循環穩定性，經過55次循環后的放電比容量為573.1mAh·g^?1，容量保持率為80.89％，平均庫倫效率為97.24％。本發明從根本上解決了液態鋰硫電池的穿梭效應所導致的容量不可逆衰減，抑制了鋰枝晶的生長并有效解決了電解液引起的各類安全問題。

技術領域

本發明涉及一種柔性電極-電解質一體化全固態鋰硫電池的制備，具體為固態鋰硫電池技術領域。

背景技術

毫無疑問，鋰金屬由于其低電化學電位和高容量密度(3860mAhg^-1)而成為最廣泛應用的陽極材料。目前，人們正致力于研究能量密度高的鋰離子電池，如鋰硫電池、鋰空氣電池、多價離子、等離子和固態電池。鋰硫電池具有超高的理論比容量(1675mAhg^-1)和理論能量密度(2600Whkg^-1)，皆為傳統鋰離子電池的數倍。

鋰硫電池商業化面臨著許多挑戰，最顯著的挑戰是在充放電過程中，多硫化物溶解于電解液中導致的穿梭效應以及鋰枝晶生長導致的安全問題。大多數改善鋰硫電池性能的主要策略都是為了阻止多硫化物的溶解，包括優化電解液，制備涂層修飾隔膜以及對活性物質的物理、化學包封。但這些方法治標不治本，只能在一定程度上抑制多硫化物的溶解，要從根本上解決上述問題，最優的解決方案是以用固體電解質取代液態電解質。而固態聚合物電解質具有良好的電導率和機械強度，能夠有效的抑制枝晶的生長從而大大的延長的電池的壽命。

發明內容

本發明涉及一種柔性電極-電解質一體化全固態鋰硫電池的制備，以果糖為碳源，氧化鋅為模板劑制備了核殼碳材料，以此材料作為正極活性物質的載體，又以聚偏氟乙烯為基體制備了聚合物電解質，上述制備的固態鋰硫電池具有良好的循環性能和安全性。

一種柔性電極-電解質一體化全固態鋰硫電池的制備，其特征在于按照以下步驟進行制備：

一、活性物質載體導電碳材料的制備

將一定量的氧化鋅和果糖于瑪瑙研缽中研磨1h，轉移至球磨機，250r/min球磨2h，得到白色粉末。將白色粉末轉移至管式爐中，氮氣條件下升溫至700℃，保溫1～3h，得到黑色粉末。將黑色粉末用20％HCl清洗除去ZnO，反復抽濾得到黑色碳材料。

二、導電碳-硫復合材料的制備

將黑色碳材料和單質硫按照3:7研磨1h，在密閉條件下升溫至155℃，得到碳-硫復合材料；

三、聚合物電解質、粘結劑的制備

將聚偏氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮和乙二胺四乙酸按照一定比例置于潔凈燒杯中，加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺作為溶劑，加熱攪拌，然后加入一定量的LiTFSI，繼續攪拌得到均一漿料，將此漿料作為正極材料的粘結劑和電解質；

四、一體化柔性電極-電解質材料的制備

將步驟二中所得碳-硫復合材料、步驟三中所得粘結劑、乙炔黑按照一定比例混和攪拌12～24h后均勻的刮涂在鋁箔上，于55～80℃真空烘干12～24h得到黑色電極材料，再將步驟二中所得均一漿料刮涂在黑色電極材料上真空烘干，得到柔性電極-電解質一體化材料，用直徑為14mm的切片機切片待用；

五、電池組裝

依次按照負極殼、步驟四所得的一體化柔性電極-電解質材料、鋰片、墊片、彈片和正極殼的順序于充滿氬氣的手套箱中進行組裝，而后進行充放電測試。

本發明具有以下有益效果：