一种全固态锂电池复合正极及其制备方法技术

一种全固态锂电池复合正极及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述复合正极按照1~5:1~5:1的质量比由钛酸锂、气相生长碳纤维VGCFs和二元硫化物电解质LPSCI制备而成。所述方法如下：（1）首先取10~100 mL 200#汽油于称量瓶中，按质量比分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质共10~50 g加入称量瓶中，混合搅拌12～24 h；（2）将得到的混合溶液干燥，温度为50～100 ℃，时间为10～24h，干燥气氛为氩气气氛，获得Li4Ti5O12和Li6PS5Cl混合粉体；（3）将得到的混合粉体每1~30mg压制成一个陶瓷片，压制压力为100～550MPa，压制时间为1～60min，即得到复合正极。本发明专利技术的优点是：制备方法简单、成本低，得到的复合正极材料颗粒均匀性较好、锂离子电导率较高、电化学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态锂电池复合正极及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种全固态锂电池复合正极及其制备方法。
技术介绍
二次锂离子电池因其电压高、能量密度大、循环寿命长等优点，广泛运用于便携式电子产品领域。目前，商业化二次锂离子电池采用有机溶剂作为电解质，存在漏液、易燃、易爆等缺点，限制了其在混合动力汽车和电动汽车行业中的应用。不仅如此，人们对电池能量密度的要求不断提高，二次液态锂离子电池密度即将达到极限值，急需开辟新的电池体系。二次全固态锂电池以金属锂为负极，采用全固态电解质，在有效的提高电池安全性的同时，极大的提高了电池的能量密度，符合混合动力汽车和电动汽车行业发展的需要。固态电解质分为两大类，分别为聚合物固态电解质和无机固态电解质。目前，对固态锂离子电池的研究大多集中于固态电解质上，并取得了显著的成果，很多固态电解质体系离子电导率都已达到10-4S/m，基本满足了应用的要求。而在全固态电池的结构，尤其是复合正极的结构设计仍然是急需解决的问题。复合正极能够有效增加电解质与正极材料的接触面积，有利于对电解质及正极材料界面问题进行研究，同时能够缩短锂离子在低锂离子电导率的正极材料中的迁移，保证了正极活性物质在充放电过程中能够充分的进行氧化还原反应。目前，关于复合正极的研究集中在硫化物电解质上。由于硫化物电解质对空气中的水分十分敏感，因此，对硫化物电解质进行复合正极材料设计具有一定的挑战性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善全固态锂电池正极和电解质界面接触面积的问题，提供了一种操作简单、生产成本较低、能大批量生产的全固态锂电池复合正极及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种全固态锂电池复合正极，制备所述复合正极的原料按照1~5:1~5:1的质量比由钛酸锂、气相生长碳纤维VGCFs和二元硫化物电解质LPSCI组成。一种上述的全固态锂电池复合正极的制备方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：首先取10~100mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质共10~50g加入称量瓶中，混合搅拌12～24h；步骤二：将步骤一得到的混合溶液干燥，干燥温度为50～100℃，干燥时间为10～24h，干燥气氛为氩气气氛，获得Li4Ti5O12和Li6PS5Cl混合粉体；步骤三：将步骤二得到的混合粉体每1~30mg压制成一个陶瓷片，压制压力为100～550MPa，压制时间为1～60min，即得到复合正极。上述步骤一中，优选搅拌时间为16～20h，最优搅拌时间为20h；上述步骤二中，优选干燥温度为60～80℃，最优干燥温度为60℃；上述步骤二中，优选干燥时间为14～20h，最优干燥时间为20h；上述步骤三中，混合粉体优选压片质量为5～20mg，最优质量为10mg；上述步骤三中，优选压片压力为200～400MPa，最优压片压力330MPa。上述步骤三中，优选压片时间为20～50min，最优压片时间为30min。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：（1）本专利技术方法采用液相法制备全固态锂电池复合正极材料，制备方法简单、成本低，有望实现LTO@LPSCl复合正极材料的大规模制备，具有实用价值；（2）本专利技术所制备的全固态锂电池复合正极材料颗粒均匀性较好、电化学性能优异，在0.05C下250次循环后容量为158.4mAh/g，容量保持率为94.3%。附图说明图1为实施例1得到的LTO和LPSCl材料和LPSCl电解质XRD图；图2为实施例1得到的LTO和LPSCl材料SEM与Mapping图；图3为实施例1得到的LTO和LPSCl全固态锂电池第一圈CV曲线图；图4为实施例1得到的LTO和LPSCl全固态锂电池第二圈CV曲线图；图5为实施例1得到的LTO和LPSCl全固态锂电池第三圈CV曲线图；图6为复合电极中电解质含量与电极容量的关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：本实施方式记载的是一种全固态锂电池复合正极，制备所述复合正极的原料按照1~5:1~5:1的质量比由钛酸锂、气相生长碳纤维VGCFs和二元硫化物电解质LPSCI组成。具体实施方式二：一种具体实施方式一所述的全固态锂电池复合正极的制备方法，采用液相法进行制备，所述方法具体步骤如下：步骤一：首先取10~100mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质共10~50g加入称量瓶中，混合搅拌12～24h；步骤二：将步骤一得到的混合溶液干燥，干燥温度为50～100℃，干燥时间为10～24h，干燥气氛为氩气气氛，获得Li4Ti5O12和Li6PS5Cl（LTO@LPSCl）混合粉体；步骤三：将步骤二得到的混合粉体每1~30mg压制成一个陶瓷片，压制压力为100～550MPa，压制时间为1～60min，即得到复合正极。实施例1：首先取50mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比为5:4:1分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质5g、4g、1g加入称量瓶中，搅拌20h，将获得的混合溶液在氩气气氛、60℃下干燥20h，称取10mg干燥的混合粉末在330MPa下压30min，获得复合正极。对所得复合正极材料进行XRD表征，如图1所示，可见LTO和LPSCl的特征峰尖锐且相互独立，没有缺失。所以在混合的过程中，两相之间没有发生副反应，均保持原来的晶型与状态。对所得电解质进行SEM表征，结果如图2所示，可以看出，复合电介质颗粒粒径为1μm左右，形状较规整。气相生长碳纤维VGCFs镶嵌或贯穿电解质颗粒。对所得电解质进行CV测试，所得结果如图3~图5所示，该图清楚地表明氧化还原发生在两个步骤中：氧化峰位于1.65V，相应的还原峰在1.42V附近，分别对应了Ti3+和Ti4+的相互转化。比较第二和第三圈，可以看出，循环伏安曲线基本重复，这说明在后续的充放电循环中电池能够保持基本的化学稳定性和电化学稳定性。复合电极中电解质含量与电极容量的关系如图6所示，不同电解质含量的复合电极在80℃下进行充放电得到的比容量表现为容量从35mAh·g-1（10％电解质含量）到164mAh·g-1（40％电解质含量），当电解质含量进一步增加时比容量随之减少。实施例2：首先取50mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比为5:4:1分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质5g、4g、1g加入称量瓶中，搅拌20h，将获得的混合溶液在氩气气氛、60℃下干燥20h，称取10mg干燥的混合粉末在500MPa下压10~60min，制成复合正极。实施例3：首先取50mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比为5:4:1分别称取钛酸锂粉末、VGCFs以及LPSCl电解质5g、4g、1g加入称量瓶中，搅拌20h，将获得的混合溶液在氩气气氛、100℃下干燥20h，称取10mg干燥的混合粉末在330MPa下压30min，获得复合正极。实施例4：首先取50mL200#本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态锂电池复合正极，其特征在于：制备所述复合正极的原料按照1~5:1~5:1的质量比由钛酸锂、气相生长碳纤维VGCFs和二元硫化物电解质LPSCI组成。

【技术特征摘要】
1.一种全固态锂电池复合正极，其特征在于：制备所述复合正极的原料按照1~5:1~5:1的质量比由钛酸锂、气相生长碳纤维VGCFs和二元硫化物电解质LPSCI组成。2.一种权利要求1所述的全固态锂电池复合正极的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：首先取10~100mL200#汽油于40mm×70mm称量瓶中，按质量比分别称取钛酸锂粉末、VGCFs...

【专利技术属性】
技术研发人员：高云智，吴李斌，曹毅，付传凯，汤卫平，吴勇民，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23