用于固态锂硫电池正极的材料、固态锂硫电池正极及它们的制备方法、固态锂硫电池技术

本发明专利技术提供了一种用于固态锂硫电池正极的材料、固态锂硫电池正极及它们的制备方法、固态锂硫电池。该用于固态锂硫电池正极的材料具有核壳结构，其核层为锂二硫，壳层为含锂过渡金属硫化物。该材料能够有效减少因体积变化而造成的极片破碎失效和活性材料损耗，同时缓解锂硫体系正极电导率低的问题，使固态锂硫电池的循环和倍率性能得到了进一步的提升。除此之外，本发明专利技术将锂二硫作为起始材料，循环开始首先脱锂，而含锂过渡金属硫化物作为壳层也具有锂离子，因此能够降低锂二硫的脱锂阻力，提高活性材料的利用率。高活性材料的利用率。高活性材料的利用率。

【技术实现步骤摘要】
用于固态锂硫电池正极的材料、固态锂硫电池正极及它们的制备方法、固态锂硫电池


[0001]本专利技术涉及固态锂硫电池
，具体而言，涉及一种用于固态锂硫电池正极的材料、固态锂硫电池正极及它们的制备方法、固态锂硫电池。

技术介绍

[0002]随着能源和环境问题的逐渐凸显，新能源的发展已越来越成为目前研究的重点，作为能源载体的锂电池已被广泛应用于各种移动电子设备和电动汽车。近年来，由于市场对电池的性能和安全性提出越来越高的要求，正极材料比容量较低的传统的液态锂离子电池已经越来越不能满足消费者的需求。而全固态锂硫电池作为一种最有希望的下一代高性能电池，已经吸引了越来越多研究者的关注。锂硫电池采用硫/锂二硫作为正极，锂为负极，其中单质硫的理论比容量高达1675mAh/g，并且价格便宜，资源丰富。然而硫/锂二硫均为电子绝缘体，电导率极低；同时在传统液态电解液中，会产生多硫化物溶解于有机电解液中，发生穿梭效应，导致电池循环稳定性差；同时硫
‑
锂二硫反应造成体积变化大，造成极片稳定性差，易发生电极粉化等现象。这些对于锂硫电池的性能和安全性都带来了挑战，阻碍其商业化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种用于固态锂硫电池正极的材料、固态锂硫电池正极及它们的制备方法、固态锂硫电池，以解决现有技术中全固态锂硫电池难以同时实现低成本、高稳定性和倍率性能的问题。
[0004]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于固态锂硫电池正极的材料，其具有核壳结构，其核层为锂二硫，壳层为含锂过渡金属硫化物。
[0005]进一步地，核层的粒径为10～5000nm，优选为50～200nm；核层在用于固态锂硫电池正极的材料中的重量百分含量为50～90％。
[0006]进一步地，含锂过渡金属硫化物为两种含锂过渡金属硫化物的复合物；过渡金属为Ti、Zr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种；
[0007]优选地，含锂过渡金属硫化物为LiTiS2‑
Li2TiS3。
[0008]进一步地，过渡金属硫化物为不完全嵌锂状态。
[0009]进一步地，过渡金属硫化物的厚度为1～200nm，优选为10～100nm。
[0010]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种上述的用于固态锂硫电池正极的材料的制备方法，其包括以下步骤：将锂二硫与有机溶剂合，得到第一混合溶液；其次，将过渡金属盐加入混合溶液中，得到第二混合溶液；最后，将第二混合溶液、干燥，得到用于固态锂硫电池正极的材料。
[0011]进一步地，过渡金属盐中过渡金属为Ti、Zr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种。
[0012]进一步地，制备方法还包括：将过渡金属盐加入混合溶液中，在20～80℃下反应8
～48h，得到第二混合溶液。
[0013]进一步地，有机溶剂为THF和/或NMP。
[0014]进一步地，在干燥之前，将第二混合溶液进行清洗除杂；优选地，清洗溶剂为THF和/或NMP。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供了一种固态锂硫电池正极，其包括上述的用于固态锂硫电池正极的材料和固态电解质；
[0016]可选地，固态锂硫电池正极还包括导电剂。
[0017]进一步地，以固态锂硫电池正极的总重量计，用于固态锂硫电池正极的材料的重量百分含量为40～70％，固态电解质的质量占比为30～50％，导电剂的质量占比为0～10％；
[0018]优选地，用于固态锂硫电池正极的材料的重量百分含量为30～50％，固态电解质的质量占比为20～40％，导电剂的质量占比为0～5％。
[0019]根据本专利技术的另一方面，提供了一种根据上述的固态锂硫电池正极的制备方法，：制备方法包括：将用于固态锂硫电池正极的材料、固态电解质、导电剂进行混合，然后进行热压处理，得到固态锂硫电池正极。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供了一种固态锂硫电池，其包括正极、负极和固态电解质层；其中，正极为上述的固态锂硫电池正极。
[0021]应用本专利技术的技术方案，得到了一种用于固态锂硫电池正极的材料。该材料通过将锂二硫这种活性材料包裹在含锂的过渡金属硫化物的壳层内，从空间上限制了会造成体积变化的硫
‑
锂二硫转化反应，从而有效地减少了因体积变化而造成的极片破碎失效和活性材料损耗。与此同时，含锂过渡金属硫化物也能够提供一定的电子电导和离子电导，缓解了锂硫体系正极电导率低的问题，使固态锂硫电池的循环和倍率性能得到了进一步的提升。除此之外，本专利技术将锂二硫作为起始材料，循环开始首先脱锂，而含锂过渡金属硫化物作为壳层也具有锂离子，因此能够降低锂二硫的脱锂阻力，提高活性材料的利用率。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1示出了根据本专利技术一种实施方式中的固态锂硫电池正极的结构示意图；以及
[0024]图2示出了根据本专利技术的实施例1制备得到的固态锂硫电池在常温下以0.1C循环时的放电比容量对比曲线；
[0025]其中，图1中的标号含义如下：
[0026]10、锂二硫；20、含锂过渡金属硫化物；30、固态电解质。
具体实施方式
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0028]为了解决如前所述的现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于固态锂硫电池正极的材料，其核层为锂二硫10，壳层为含锂过渡金属硫化物20。该材料
通过将锂二硫这种活性材料包裹在含锂的过渡金属硫化物的壳层内，从空间上限制了会造成体积变化的硫
‑
锂二硫转化反应，从而有效地减少了因体积变化而造成的极片破碎失效和活性材料损耗。与此同时，含锂过渡金属硫化物也能够提供一定的电子电导和离子电导，缓解了锂硫体系正极电导率低的问题，使固态锂硫电池的循环和倍率性能得到了进一步的提升。除此之外，本专利技术将锂二硫作为起始材料，循环开始首先脱锂，而含锂过渡金属硫化物作为壳层也具有锂离子，因此能够降低锂二硫的脱锂阻力，提高活性材料的利用率。
[0029]出于进一步提升电池的稳定性的目的，在一种优选的实施方式中，核层的粒径为10～5000nm，优选为50～200nm；核层在用于固态锂硫电池正极的材料中的重量百分含量为50～90％。可见，在本专利技术提供的用于固态锂硫电池正极的材料中，锂二硫为主要成分，因此能够进一步降低循环中体积变化对电池的影响。
[0030]出于进一步提升电池电导率的目的，在一种优选的实施方式中，含锂过渡金属硫化物为至少两种含锂过渡金属硫化物的复合物；过渡金属为Ti、Zr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种；优选地，含锂过渡金属硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于固态锂硫电池正极的材料，其特征在于，所述用于固态锂硫电池正极的材料具有核壳结构，其核层为锂二硫，壳层为含锂过渡金属硫化物。2.根据权利要求1所述的用于固态锂硫电池正极的材料，其特征在于，所述核层的粒径为10～5000nm，优选为50～200nm；所述核层在所述用于固态锂硫电池正极的材料中的重量百分含量为50～90％。3.根据权利要求1或2所述的用于固态锂硫电池正极的材料，其特征在于，所述含锂过渡金属硫化物为至少两种含锂过渡金属硫化物的复合物；其中，所述过渡金属为Ti、Zr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种；优选地，所述含锂过渡金属硫化物为LiTiS2‑
Li2TiS3。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于固态锂硫电池正极的材料，其特征在于，所述过渡金属硫化物为不完全嵌锂状态。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于固态锂硫电池正极的材料，其特征在于，所述过渡金属硫化物的厚度为1～200nm，优选为10～100nm。6.一种权利要求1至5中任一项所述的用于固态锂硫电池正极的材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锂二硫与有机溶剂混合，得到第一混合溶液；其次，将过渡金属盐加入所述混合溶液中，得到第二混合溶液；最后，将所述第二混合溶液、干燥，得到所述用于固态锂硫电池正极的材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐中过渡金属为Ti、Zr、Mo、Mn、Fe、Co、Ni中的一种或多种。8.根据权利要求6或7所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐士琪，王蒙，李洋，朱冠楠，
申请(专利权)人：上海轩邑新能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：