[發(fā)明專(zhuān)利]一種全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011348872.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112599759B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢麗娜;許鵬;謝海明;孫立群
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林省東馳新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/38
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發(fā)明屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料及其制備方法。本發(fā)明采用一步煅燒結(jié)合原位反應(yīng)的方法，在固態(tài)電解質(zhì)周?chē)簧闪騿钨|(zhì)，并且以分散劑形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，保證了硫單質(zhì)、碳和固態(tài)電解質(zhì)分布均勻。實(shí)施例測(cè)試結(jié)果表明，由本發(fā)明提供的制備方法制備的全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料硫、碳和固態(tài)電解質(zhì)顆粒粒徑均一且分布均一，以本發(fā)明提供的全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料組裝的全固態(tài)鋰硫電池，在0.2C的充放電電流密度下，首次可逆容量為940～1112mAh/g，庫(kù)侖效率≥95％，經(jīng)過(guò)20次充放電循環(huán)后容量保持率≥76％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰硫電池具有高達(dá)1675mAh/g的理論比容量，具有良好的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用前景，但液態(tài)體系的鋰硫電池中，由于多硫化物溶解到電解液當(dāng)中，引起的“穿梭效應(yīng)”會(huì)導(dǎo)致硫正極活性材料的損失，導(dǎo)致鋰硫電池的循環(huán)性能大大降低。全固態(tài)鋰電池體系是將液態(tài)鋰離子電池中的液態(tài)有機(jī)電解液替換為全固態(tài)電解質(zhì)，由于固態(tài)電解質(zhì)不易燃易爆，在高溫下穩(wěn)定，即使電池短路，也不會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題；并且，由于不存在液態(tài)環(huán)境，所以不存在多硫化物的溶解問(wèn)題，從而解決了鋰硫電池的“穿梭效應(yīng)”，可以大大提高鋰硫電池的循環(huán)性能

然而，在固態(tài)鋰硫電池中，由于不僅電極是固態(tài)，電解質(zhì)也是固態(tài)，所以構(gòu)成電極的粒子與構(gòu)成電解質(zhì)的粒子之間界面的接觸部分會(huì)變小；并且由于在非液態(tài)環(huán)境下，鋰硫電池的正極活性材料(單質(zhì)硫)本身電導(dǎo)率不高，硫粒子之間接觸不夠充分，導(dǎo)致電極內(nèi)部的阻抗增大，與使用電解液作為電解質(zhì)的情況相比，鋰離子和電子電化學(xué)動(dòng)力學(xué)受阻。因此，固體鋰硫電池晶粒間和界面電阻較大，能量密度、循環(huán)壽命等電池特性有所降低。

為了抑制固態(tài)電解質(zhì)與電極之間界面阻抗驟增，大部分研究采用將由電解質(zhì)粒子與電極粒子的混合物構(gòu)成的界面層夾在電解質(zhì)與電極之間的方法。或者制備正極活性材料與電解質(zhì)材料復(fù)合的正極材料，將此復(fù)合正極材料與固態(tài)電解質(zhì)配合使用，以達(dá)到減小正極與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面阻抗和電極內(nèi)部阻抗的目的，如Xinyong Tao等(Tao,X.Y.,etal.Solid-State Lithium Sulfur Batteries Operated at 37degrees C withComposites of Nanostructured Li₇La₃Zr₂O₁₂/Carbon Foam and Polymer[J].NanoLetters.2017.17(5):2967-2972.)提出了通過(guò)將無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)與正極活性材料混合制得復(fù)合正極材料，可以有效降低正極部分與固態(tài)電解質(zhì)之間的界面阻抗，但該方法是先合成LLZO/C復(fù)合物，后采用低溫熔融的方法進(jìn)行注硫，工藝復(fù)雜，合成的LLZO/C/S復(fù)合材料各組分分布不均，最終組裝的固態(tài)鋰硫電池的可逆容量和循環(huán)壽命欠佳。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料其制備方法，由本發(fā)明提供的制備方法制備的全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料具有可逆容量高和循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種全固態(tài)鋰硫電池復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將硫源、包覆改性劑和分散介質(zhì)混合，依次進(jìn)行干燥和研磨，得到包覆硫源粉；所述包覆改性劑包括聚多巴胺、間苯二酚-甲醛樹(shù)脂、糖、聚乙烯吡咯烷酮、單寧酸、檸檬酸、聚乙烯醇、聚吡咯、維生素C、聚乙二醇、瀝青、蒽和苯胺中的一種或幾種；

將無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)原料、螯合劑和分散溶劑混合進(jìn)行溶膠凝膠法處理，得到凝膠體系；將所述凝膠體系研磨，得到固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體凝膠粉，將所述固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體凝膠粉和分散劑混合，得到固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體粉；所述分散劑包括Super P、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電碳纖維和石墨烯中的一種或多種；