一种焊接式一体化全固态锂硫电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种焊接式一体化全固态锂硫电池及其制备方法。该焊接式一体化全固态锂硫电池是由表面修饰过的硫正极、锂负极以及双烯硼酸锂盐原位聚合制得的半互穿网络双盐固态电解质膜，经热压形成三位一体的全固态锂硫电池。由本发明专利技术设计的焊接式一体化法可适用于所有全固态二次电池的构建。本发明专利技术制备的焊接式一体化全固态锂硫电池具有制备简单易行、电池各部件间界面兼容性好、电子/离子传导性高等优点，用本发明专利技术设计的焊接式一体化全固态锂硫电池放电容量高，循环寿命稳定。

A kind of all solid state lithium sulfur battery and its preparation method

The invention discloses a welding type integrated all solid state lithium sulfur battery and a preparation method thereof. The welded integrated solid-state lithium sulfur battery is a semi interpenetrating network solid-state electrolyte membrane with double salts, which is prepared by in-situ polymerization of the surface modified sulfur positive electrode, lithium negative electrode and lithium dienboxylate, and formed into a trinity solid-state lithium sulfur battery by hot pressing. The welding integration method designed by the invention can be applied to the construction of all solid-state secondary batteries. The welding integrated solid-state lithium sulfur battery prepared by the invention has the advantages of simple preparation, good interface compatibility between various components of the battery, high electronic / ionic conductivity, high discharge capacity and stable cycle life.

【技术实现步骤摘要】
一种焊接式一体化全固态锂硫电池及其制备方法
本专利技术属于固态电池领域，涉及一体化全固态电池的构建及其制备方法。更具体的，涉及一种焊接式一体化全固态锂硫电池及其制备方法。
技术介绍
锂硫电池具有2600Whkg-1的高理论能量密度，硫资源丰富、价格低廉，对环境友好等优点，是新一代高能量密度的二次锂电池体系。但是传统的隔膜/电解液体系一方面所用的溶剂沸点低、易燃易爆；另一方面电池反应中间产物多硫化锂易溶解在电解液中带来的“穿梭效应”导致容量衰减，这些存在的问题阻碍了锂硫电池的应用发展。固态聚合物电池是解决上述问题的理想选择之一：聚合物电解质不仅可作为电解质膜替代传统的隔膜/电解液体系，提高电池安全性能；还可应用于正极和负极等部件，构建离子传输通道、保护锂负极和抑制锂枝晶生成，改善电池性能。理想的固态聚合物电解质不仅具有良好的Li+传导率，且能与各部件功能匹配、界面兼容。目前，国内外在固态电池方面的研究工作很多，但是在离子传导率、机械强度、与电极材料的界面兼容性以及便捷制备方法等方面还不能兼顾。本专利技术采用“焊接式”的理性设计思想，将表面修饰过的硫正极、锂负极和双烯硼酸锂盐原位聚合制得的半互穿网络双盐固态电解质膜，经热压形成三位一体的全固态锂硫电池。可使硫正极、电解质膜与锂负极形成一体化离子传导网络，极大改善界面兼容性。该方法具有操作时间短，工艺简单，易实现工业化大规模生产等优点。因此，本专利技术将有利于构建一体化全固态锂硫电池的批量化生产。国内外固态电解质主要文献有：[1]L.Chen,Y.T.Li,S.P.Li,L.Z.Fan,C.W.Nan,J.B.Goodenough,PEO/garnetcompositeelectrolytesforsolid-statelithiumbatteries:From“ceramic-in-polymer”to“polymer-in-ceramic”.NanoEnergy,2018,46,176-184.[2]H.Duan,Y.X.Yin,Y.Shi,P.F.Wang,X.D.Zhang,C.P.Yang,J.L.Shi,R.Wen,Y.G.Guo,L.J.Wan,Dendrite-FreeLi-MetalBatteryEnabledbyaThinAsymmetricSolidElectrolytewithEngineeredLayersThinAsymmetric.J.Am.Chem.Soc.2018,140,82-85.[3]G.T.Hitz,D.W.McOwen,L.Zhang,Z.H.Ma,Z.Z.Fu,Y.Wen,Y.H.Gong,J.Q.Dai,T.R.Hamann,L.B.Hu,E.D.Wachsman,High-ratelithiumcyclinginascalabletrilayerLi-garnet-electrolytearchitecture.Mater.Today,2018,22,50-57.[4]R.C.Xu,J.Yue,S.F.Liu,J.P.Tu,F.D.Han,P.Liu,C.S.Wang,Cathode-SupportedAll-Solid-StateLithium-SulfurBatterieswithHighCell-LevelEnergyDensity.ACSEnergyLett.2019,4,1073-1079.[5]X.Z.Chen,W.J.He,L.X.Ding,S.Q.Wang,H.H.Wang,Enhancinginterfacialcontactinallsolidstatebatterieswithacathode-supportedsolidelectrolytemembraneframework.EnergyEnviron.Sci.,2019,12,938-944.[6]X.Li,D.H.Wang,H.C.Wang,H.F.Yan,Z.L.Gong,Y.,Yang,Poly(ethyleneoxide)-Li10SnP2S12CompositePolymerElectrolyteEnablesHigh-PerformanceAll-Solid-StateLithiumSulfurBattery.ACSAppl.Mater.Interfaces,2019,11,22745-22753.[7]Y.X.Song,Y.Shi,J.Wan,S.Y.Lang,X.C.Hu,H.J.Yan,B.Liu,Y.G.Guo,R.Wen,L.J.Wan,Directtrackingofthepolysulfideshuttlingandinterfacialevolutioninall-solid-statelithium-sulfurbatteries:adegradationmechanismstudy.EnergyEnviron.Sci.2019,DOI:10.1039/c9ee00578a.
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种焊接式一体化全固态锂硫电池，并用简单易行且低成本的方法制备。本专利技术的上述目的通过以下技术方法来解决：一种焊接式一体化全固态锂硫电池，是由表面修饰过的硫正极、锂负极以及双烯硼酸锂盐原位聚合制得的半互穿网络双盐固态电解质膜，经热压形成三位一体的全固态锂硫电池。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的修饰硫正极与锂负极表面的组分为：含[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元的导离子聚合物、小分子锂盐或杂原子掺杂导电碳组成。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元数与小分子锂盐的摩尔比为0～20/1。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的杂原子掺杂导电碳包含N、O、S、P、B、F等杂原子掺杂的零维、一维或二维导电碳。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的修饰硫正极与锂负极表面的导离子聚合物为含[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元的导离子聚合物，其结构如下式(I)所示：其中，所述n、m、j、p、q、k、g、h相同或者不同，(a)-(f)分子量可从1万至10万不等。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的修饰硫正极与锂负极表面的小分子锂盐如下式(II)所示的结构：作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的修饰组分固含量为：0.01～0.2g/mL。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的硫正极与锂负极表面修饰层的厚度为：0.1～10μm。作为优选的，在上述的焊接式一体化全固态锂硫电池中，所述的双烯硼酸锂盐原位半互穿网络双盐固态电解质膜由如下方法制成：双烯有机硼酸锂盐单体与具有交联作用的多巯基化合物单体(式-III-b)按照物质的量的比为：2/1；在线型导离子聚合物(式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于由表面修饰过的硫正极、锂负极以及双烯硼酸锂盐原位聚合制得的半互穿网络双盐固态电解质膜，经热压制成三位一体的全固态锂硫电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于由表面修饰过的硫正极、锂负极以及双烯硼酸锂盐原位聚合制得的半互穿网络双盐固态电解质膜，经热压制成三位一体的全固态锂硫电池。


2.根据权利要求1所述的焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于所述表面修饰硫正极与锂负极的组分为：含[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元的导离子聚合物、小分子锂盐或杂原子掺杂导电碳组成。


3.根据权利要求2所述的焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于，所述[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元数与小分子锂盐的摩尔比为0～20/1。


4.根据权利要求2所述的焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于，所述的杂原子掺杂导电碳包含N、O、S、P、B、F杂原子掺杂的零维、一维或二维导电碳。


5.根据权利要求2所述的焊接式一体化全固态锂硫电池，其特征在于，所述含[-C-O-C-]和/或[-C-S-C-]重复单元的导离子聚合物，其结构如下式(I)所示：



其中，所述n、m...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟跃中，钟雷，李志峰，肖敏，王拴紧，韩东梅，任山，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44