一种全固态锂硫电池的制作方法

文档序号:12726132阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种全固态锂硫电池,其特征在于:全固态锂硫电池包括硫正极、锂或锂合金负极以及锂化的磺酸聚合物固体电解质隔膜;固体电解质隔膜位于硫正极和锂或锂合金负极之间;硫正极包括含硫活性物质、导电剂和锂化的磺酸聚合物;硫正极、锂化的磺酸聚合物固体电解质、锂或锂合金负极依次叠合组装成电池。

2.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:所述的锂化的磺酸聚合物固体电解质隔膜的具体制备过程为:将磺酸聚合物电解质膜放入浓度为0.1~2mol/L的LiOH溶液中,在20~100℃浸泡0.5~96小时,然后用LiOH溶液的溶剂洗涤3~10次,除去膜表面的LiOH,然后在65~120℃鼓风烘干1~6小时,后再在40~100℃真空干燥0.5~48小时,得到锂化的磺酸聚合物膜;

所述的磺酸聚合物固体电解质膜可以是全氟磺酸-聚四氟乙烯膜、聚三氟苯乙烯磺酸膜、聚二氟苯乙烯磺酸膜、聚芳醚酮磺酸膜、聚酰亚胺磺酸膜、磺化聚砜膜中的一种或二种以上;

所述LiOH溶液的溶剂可以是水、甲醇、乙醇、二甲基亚砜、四氢呋喃、乙腈、二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯中的一种或二种以上。

3.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:所述的硫正极的活性物质可以是单质硫或硫化物;

所述的单质硫可以是正交硫、单斜硫、斜方硫、弹性硫、聚合硫中的一种或二种以上;

所述的硫化物可以是无机金属硫化物或无机金属的硫硒化合物或无机金属的硫碲化合物或硫硒固溶体SxSe1-x(0<x<1)或硫碲固溶体SxTe1-x(0<x<1)或有机硫化物或硫化聚合物中的一种或二种以上的混合物;

其中所述的无机金属硫化物的阳离子可以是Fe2+、Fe3+、Ni2+、Ni3+、Ti4+、Cu+、Cu2+、Co2+、W4+、Mo4+、Zn2+、Cd2+、Li+中的一种或二种以上;

其中所述的无机金属的硫硒化合物可以是M(SxSe1-x)2(M=Ge,Mo,Co,Sn,Ta中的一种或二种以上)(0<x<1)、MY(SxSe1-x)2(M=Cu,Ag,Li,Tl;Y=Ga,Al,Sb,In,Zn中的一种或二种以上)(0<x<1)、Cu2Zn(SxSe1-x)4(0<x<1)、Cu2FeSn(SxSe1-x)4(0<x<1)、CuInP2(SxSe1-x)6(0<x<1)、Cu2(ZnyFe1-y)Sn(SxSe1-x)4(0<x<1,0<y<1)中的一种或二种以上;

其中所述的无机金属的硫碲化合物可以是Pb1-y(SxTe1-x)y(0<x<1,0<y<1)、CuIn(SxTe1-x)(0<x<1)、Ag9FeTe2S4或Ag16FeBiTe3S8或Ag6TeS2或Ag8SnTe2S4中的一种或二种以上;

其中所述的有机硫化物可以是硫醇、硫酚、硫醚、二巯基硫化物、多硫化物、硫化聚合物中的一种或二种以上;

其中所述的硫化聚合物可以是硫化聚丙烯腈、硫化聚吡咯、硫化聚噻吩、硫化聚对苯、硫化聚苯基乙炔、硫化聚苯胺、硫化聚苯硫醚中的一种或二种以 上。

4.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:所述的导电剂可以是乙炔黑、BALCK PEARLS 2000、科琴碳黑、Super-P、碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、石墨烯中的一种或二种以上。

5.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:所述的硫正极的制备方法是将锂化的磺酸聚合物乳液与硫或硫化物、导电剂和溶剂混合后利用搅拌或球磨的方式混匀,制成浆料,浆料的固含量为5%~50%,然后采用丝网印刷或喷涂或涂布或转移涂布的方式将浆料涂覆在正极集流体的一侧或两侧表面或涂覆在锂化的磺酸聚合物固体电解质隔膜的一侧表面;

所述的锂化的磺酸聚合物乳液为权利要求2制备获得的锂化的磺酸聚合物固体电解质膜在20~100℃条件下溶于溶剂制成的,锂化的磺酸聚合物的质量浓度为1%~50%;

其中所述的磺酸聚合物乳液和浆料所使用的溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二苯醚、六甲基亚膦酰三胺、六乙基亚膦酰三胺中的一种或二种以上;

所述的正极集流体为铝箔或铜箔或涂碳铝箔或泡沫镍或泡沫铜。

6.根据权利要求1、3、4或5所述的全固态锂硫电池,其特征为:所述的硫正极中的硫或硫化物与导电剂的质量比为1:9~19:1;

所述的硫正极中的硫或硫化物与锂化的磺酸聚合物的质量比为1:9~9:1。

7.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:其中所述的锂合金可以是锂与Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、In、Sb、Bi、Fe、Se、Ag、Au、Zn、Cd、Hg中的一种或二种以上金属的合金,合金中锂的质量含量为10%-95%。

8.根据权利要求1所述的全固态锂硫电池,其特征为:其中所述的锂或锂合金负极与固体电解质隔膜之间无保护层或可以设有保护层,保护层可以由锂磷氧氮、锂硅磷氧氮、磷酸锂、锂钒硅氧、碳酸锂、氮化锂、硼氢化锂、钛酸锂、无定形碳中的一种或二种以上组成。

9.根据权利要求8所述的全固态锂硫电池,其特征为:锂负极与固体电解质隔膜之间的隔层的制备方法为:以锂片或锂合金片或锂化的磺酸聚合物固体电解质隔膜为基底,利用磁控溅射沉积或脉冲激光沉积或真空热蒸发技术或静电喷雾沉积或刮涂或溶胶凝胶法中的一种或二种以上在基底一侧表面沉积保护层制备而成。

10.根据权利要求6所述的全固态锂硫电池,其特征为:涂覆在正极集流体一侧或两侧表面的硫正极与锂化的磺酸聚合物固体电解质隔膜通过热压方式粘附成一体;硫正极与锂化的磺酸聚合物固体电解质的热压处理温度为80-240℃,压力为0.5-5MPa。

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