硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池技术

本发明专利技术揭示一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池，涉及锂电池技术领域。该硫元素表面修饰的正极材料为LiMO2‑

【技术实现步骤摘要】
硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体地，涉及一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池。

技术介绍

[0002]锂电池目前已经在数码产品、动力及储能等领域得到广泛应用，现有的商业化锂电池主要采用液态电解液，存在易挥发易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等问题，在使用过程中容易存在热失控，从而导致安全问题。而固态锂电池是采用固体电解质替代液态电解液，能从根本上解决锂电池安全问题。
[0003]固态锂电池所采用的固态电解质中，硫化物类固态电解质具有最优的离子电导率、较适宜的加工性能，被认为是应用于固态锂电池有力候选材料。然而，硫化物类固态电解质的稳定性较差、电化学窗口窄，与高电压氧化物正极材料接触时会产生一系列的副反应，降低硫化物的离子电导率，导致电池的性能下降。
[0004]因此，有必要对正极材料表面进行改性，使正极材料表面能与硫化物相兼容，降低界面电阻，减少界面上的副反应，保持正极的电化学稳定性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池。
[0006]本专利技术公开的一种硫元素表面修饰的正极材料，硫元素表面修饰的正极材料为LiMO2‑
xS
x
或LiM2O4‑
2xS
2x
，其中M为Co、Ni、Mn中的一种或多种，0.05<x<0.3。
[0007]本专利技术公开的一种根据上述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将100份正极基材加入到900～1200份的硫化剂溶液，得到分散液；
[0009]S2.将分散液加入到反应釜中进行反应，得到中间产物；
[0010]S3.对中间产物进行清洗及烘干，得到硫元素表面修饰的正极材料。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，正极基材为层状氧化物、尖晶石氧化物中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，正极基材为钴酸锂、镍酸锂、三元材料、锰酸锂、镍锰酸锂中的一种或多种。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，硫化剂溶液包括硫化剂和溶剂，其中硫化剂的含量为0.5～10份。
[0014]根据本专利技术的一实施方式，硫化剂为硫化钠、硫脲中的一种或多种。
[0015]根据本专利技术的一实施方式，溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、NMP、THF、DMF中一种或多种。
[0016]根据本专利技术的一实施方式，S2步骤中，反应温度为140～210℃，搅拌速率为300～
800rpm，反应时间为4～12h。
[0017]根据本专利技术的一实施方式，S3步骤中，中间产物的清洗采用去离子水，中间产物的烘干为60～80℃的真空烘干。
[0018]本专利技术公开的一种固态锂电池，其特征在于，固态锂电池包括如上述的硫元素表面修饰的正极材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池具有以下优点：
[0020]本专利技术的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，通过硫化剂的离子交换反应，在正极材料的表面形成富硫层掺杂修饰，以提高正极材料与硫化物固态电解质的界面兼容性，并降低界面接触电阻，具有更快的电荷转移能力，从而提高硫化物固态锂电池的性能。
具体实施方式
[0021]以下将揭露本专利技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本专利技术。也就是说，在本专利技术的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0022]本专利技术公开一种硫元素表面修饰的正极材料，其化学式为LiMO2‑
xS
x
或LiM2O4‑
2xS
2x
，其中M为Co、Ni、Mn中的一种或多种，0.05<x<0.3。
[0023]本专利技术公开一种如上述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1.将100份正极基材加入到900～1200份的硫化剂溶液，得到分散液；
[0025]S2.将分散液加入到反应釜中进行反应，得到中间产物；
[0026]S3.对中间产物进行清洗及烘干，得到硫元素表面修饰的正极材料。
[0027]进一步地，S1步骤中的正极基材为层状氧化物、尖晶石氧化物中的一种或多种。层状氧化物的化学式为LiMO2，M为Co、Ni、Mn中的一种或多种。而尖晶石氧化物的化学式为LiM2O4，M为Mn或Mn与Ni，Mn与Ni的比例为3：1。具体地，正极基材为钴酸锂、镍酸锂、三元材料、锰酸锂(LiMn2O4)、镍锰酸锂(LiNi
0.5
Mn
1.5
O4)中的一种或多种。
[0028]进一步地，S1步骤中的硫化剂溶液包括硫化剂和溶剂，其中硫化剂的含量为0.5～10份。具体地，硫化剂为硫化钠(Na2S)、硫脲中的一种或多种，溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、NMP、THF、DMF中一种或多种。
[0029]进一步地，S2步骤中，反应温度为140～210℃，搅拌速率为300～800rpm，反应时间为4～12h。
[0030]进一步地，S3步骤中，中间产物的清洗采用去离子水，中间产物的烘干为60～80℃的真空烘干。
[0031]本专利技术还公开一种固态锂电池，其包括如上述的硫元素表面修饰的正极材料。
[0032]进一步地，该固态锂电池包括正极、负极和硫化物固态电解质，硫化物固态电解质位于正极与负极之间。具体地，正极包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂
覆在正极集流体的一侧或两侧表面上；正极活性物质层包括导电剂、粘结剂、硫化物固态电解质和上述的硫元素表面修饰的正极材料，且硫化物固态电解质占正极活性物质层的比例小于20％。负极包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆在负极集流体的一侧或两侧表面上。
[0033]进一步地，该固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：
[0034]P1.制得正极；
[0035]P2.制得负极；
[0036]P3.制得固态锂电池。
[0037]其中，硫化物固态电解质为玻璃态的70Li2S
·
30P2S5、75Li2S
·
25P2S5、80Li2S
·
20P2S5、55(66Li2S
·
33P2S5)
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45LiI、95(60Li2S
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40SiS2)
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5Li3BO3(Li3AlO3)、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫元素表面修饰的正极材料，其特征在于，所述硫元素表面修饰的正极材料为LiMO2‑
xS
x
或LiM2O4‑
2xS
2x
，其中M为Co、Ni、Mn中的一种或多种，0.05<x<0.3。2.一种根据权利要求1所述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将100份正极基材加入到900～1200份的硫化剂溶液，得到分散液；S2.将分散液加入到反应釜中进行反应，得到中间产物；S3.对中间产物进行清洗及烘干，得到硫元素表面修饰的正极材料。3.根据权利要求2所述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极基材为层状氧化物、尖晶石氧化物中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，其特征在于，所述正极基材为钴酸锂、镍酸锂、三元材料、锰酸锂、镍锰酸锂中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：林迎曦，刘鹤，刘伟星，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：