适用于硫化物全固态电池的复合负极、制备方法及锂电池技术

本发明专利技术提供一种适用于硫化物全固态电池的复合负极、制备方法及锂电池，复合负极包括硫化物固态电解质与惰性保护层型核壳锂合金化负极的混合物；制备方法包括：将储存锂的金属和金属锂以适当比例进行第一次烧结制得预锂化的锂合金化负极材料；将所述预锂化的锂合金化负极球磨进行颗粒化处理；将所述颗粒化后的预锂化的锂合金化负极与硫化物固态电解质以适当比例混合分散均匀制得复合负极前驱体；将所述复合负极前驱体置于氧气氛围中进行第二次烧结，以获得所需的复合负极。本发明专利技术不但解决了现有高比能负极材料和硫化物全固态电池匹配性不佳的问题，还提高电池循环性能与寿命。命。命。

【技术实现步骤摘要】
适用于硫化物全固态电池的复合负极、制备方法及锂电池


[0001]本专利技术属于电池的
，具体涉及一种适用于硫化物全固态电池的复合负极、制备方法及锂电池。

技术介绍

[0002]目前，硫化物固态电解质由于其高离子电导率已经受到了广泛的关注。但是，硫化物固态电解质与目前主流电池的负极材料匹配性不佳，严重阻碍了硫化物全固态电池的商业化。
[0003]为解决上述问题，现有技术主要采用石墨负极来作为硫化物全固态电池负极。但是，石墨负极的理论比容量仅为350mAh
·
g
‑1，导致匹配后的硫化物全固态电池能力密度低，无法突出硫化物全固态电池的优势。
[0004]金属锂负极的比容量约3870mAh
·
g
‑1的比容量，匹配金属锂负极的硫化物全固态电池在高能量密度电池领域具有较大的商用潜力。但是，匹配金属锂负极的硫化物全固态电池极容易发生短路，电池无法正常有效工作。有大量的研究者通过在金属负极和电解质之间增加单一界面保护层来改善以上问题，但是仍无法有效改善硫化物全固态电池的锂枝晶生长问题。因此，对高比能负极的开发至关重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种适用于硫化物全固态电池的复合负极，该复合负极解决现有高比能负极材料和硫化物全固态电池匹配性不佳的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，所述复合负极包括硫化物固态电解质与惰性保护层型核壳锂合金化负极的混合物。
[0008]进一步地，所述锂合金化负极包括Li
‑
O、X
‑
O、Li
‑
X
‑
O氧化物惰性保护层中的一种或多种。
[0009]进一步地，X为储存锂的金属。
[0010]进一步地，X包括但不限于Mg，Al，Ag，In，Zn，Sn。
[0011]进一步地，硫化物为Li3PS4或Li7‑
a
PS6‑
a
Y
a
。
[0012]进一步地，Y为Cl、Br、I中的至少一种，a的取值为0.8～1.8。
[0013]进一步地，硫化物固态电解质与惰性保护层型核壳锂合金化负极的质量比为0.15
‑
1：1。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种根据上述的适用于硫化物全固态电池的复合负极的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将储存锂的金属和金属锂以适当比例进行第一次烧结制得预锂化的锂合金化负极材料；
[0016]将所述预锂化的锂合金化负极球磨进行颗粒化处理；
[0017]将所述颗粒化后的预锂化的锂合金化负极与硫化物固态电解质以适当比例混合分散均匀制得复合负极前驱体；
[0018]将所述复合负极前驱体置于氧气氛围中进行第二次烧结，以获得所需的复合负极。
[0019]进一步地，第一次烧结的工艺条件：在188～500℃条件下进行烧结4～8h；第二次烧结的工艺条件：在50～180℃条件下进行烧结2～6h。
[0020]本专利技术的再一个目的是提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的适用于硫化物全固态电池的复合负极。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的一种适用于硫化物全固态电池的复合负极，通过对硫化物固态电解质和预锂化的锂合金化负极原位氧钝化，抑制了硫化物固态电解质和锂合金负极的直接副反应，同时提高了锂在负极内部的均匀沉积，完善了硫化物固态电解质和锂合金化负极之间的界面，解决了现有高比能负极材料和硫化物全固态电池匹配性不佳的问题；而锂合金化负极内部的富锂化能有效提供硫化物全固态电池的锂源，提高电池循环性能与寿命。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1备方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例1的电池结构示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例1的电池循环对比图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0027]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0028]实施例1
[0029]Li6PS5Cl基Li
‑
Ag合金复合负极，以Li6PS5Cl为硫化物固态电解质，复合Li
‑
Ag合金负极进行氧化钝化处理。
[0030]该Li
‑
Ag合金负极复合Li6PS5Cl固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0031]按摩尔比1:1的化学计量比称量Li片，Ag粉共10g置于Ti坩埚内，将坩埚置于氩气保护的马弗炉内于250℃内烧结6h，以获得LiAg合金负极。然后将LiAg合金负极和Li6PS5Cl固态电解质按照质量比70:30，充分混合研磨，最后将混合负极粉末置于99.999％的纯氧管式炉内于80℃烧结4h，制得具有惰性保护层型的核壳LiAg合金化混合负极作为实验例1。未锂化Ag负极，作为对比例1；未经过氧氛围惰性处理的LiAg合金化混合负极作为对比例2；纯Li粉负极作为对比例3。
[0032]按照质量比70：27：3称取LiNbO3包覆的LiCoO2、Li6PS5Cl、VGCF(碳纤维)导电碳，研磨10min制备复合正极。将该复合正极20mg与硫化物固态电解质Li6PS5Cl 120mg以及上述实验例1制备的核壳型LiMg合金化混合负极5mg压制成直径为10mm的三明治结构电池组件(图2)，组装全固态电池并进行电化学性能测试。对比例仅负极和实验例1不同，其余均相同。测试条件为：电流0.3C倍率，电压范围3.0～4.3V(vs.Li
+
/Li)，循环500周，测试对比结果如表1和图3所示。
[0033]表1实验循环对比结果
[0034][0035]实施例2
[0036]Li3PS4基Li
‑
Mg合金复合负极，以Li3PS4为硫化物固态电解质，复合Li
‑
Mg合金负极进行氧化钝化处理。
[0037]该Li
‑
Mg合金负极复合Li3PS4固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0038]按摩尔比1:2的化学计量比称量Li片，Mg粉共10g置于Ti坩埚内，将坩埚置于氩气保护的马弗炉内于350℃内烧结6h，以获得LiMg2合金负极。然后将LiMg2合金负极和Li3PS4固态电解质按照质量比20:3，充分混合研磨，最后将混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，所述复合负极包括硫化物固态电解质与惰性保护层型核壳锂合金化负极的混合物。2.根据权利要求1所述的适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，所述锂合金化负极包括Li
‑
O、X
‑
O、Li
‑
X
‑
O氧化物惰性保护层中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，X为储存锂的金属。4.根据权利要求3所述的适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，X包括但不限于Mg，Al，Ag，In，Zn，Sn。5.根据权利要求1所述的适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，硫化物为Li3PS4或Li7‑
a
PS6‑
a
Y
a
。6.根据权利要求5所述的适用于硫化物全固态电池的复合负极，其特征在于，Y为Cl、Br、I中的至少一种，a的取值为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王镛皓，韩春华，李逸飞，夏睿涵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：