本发明涉及一种全固态锂硫电池电极,属于固态电池。
背景技术:
1、锂离子电池因能量密度高、能量转换效率高等优点已被广泛应用于便携式电子设备、电动车及电网储能等领域。但是,商品化锂离子电池采用的有机电解液的熔、沸点较低,具有挥发性和可燃性,在滥用情况下,如过充、过放、外力针刺电池,会导致燃烧、爆炸等安全事故。以固体电解质替代有机电解液,能够从根本上解决有机电解液熔点、沸点低,易泄露等带来的安全隐患。
2、与电解液完全浸润的液态锂离子电池不同,全固态电池完全由固态物质组成,尤其是电极内部,活性物质/导电剂/固体电解质“固/固/固”三相接触面积小、阻抗大。当活性物质的面负载量较高时,固态电池的功率性能急剧下降。如何构建高电化学活性、高负载量的固态电池成为提高固态电池比能量和比功率的重要研究方向。
3、目前,尚无基于过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极的全固态锂硫电池电极的相关工作报道。
技术实现思路
1、针对目前已有固态电池存在的问题,本发明旨在制备一种全固态锂硫电池电极,实现硫化锂正极高电子、离子传输效率,并应用于固态锂电池。
2、所述的全固态锂硫电池电极包括过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极活性物质,导电剂,粘结剂和集流体;
3、所述的活性材料的质量分数为99.9%~50%;
4、所述导电剂的质量分数为0.01%~20%;
5、所述粘结剂的质量分数为0.01%~10%。
6、所述的过渡金属卤化物的化学结构通式为mxa(m=ti, mn, fe, co, ni, cu, zn,y, zr, w; x=cl, br, i),1≤a≤5;
7、所述的过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极的制备方法为球磨法,硫化锂和过渡金属卤化物按摩尔比99:1~70:30混合后加入到球磨罐中,球料比为1:1~50:1,球磨转速为300~800 rpm,
8、时间为5~100 h。
9、所述的导电剂为乙炔黑、black pearls 2000、科琴碳黑、super-p、碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、石墨烯中的至少一种。
10、所述粘结剂为丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、聚烯烃、聚氟乙烯及其衍生物中的至少一种。
11、所述的全固态锂硫电池电极的制备方法为:首先,将过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极活性物质,导电剂和粘结剂用球磨机按比例混合均匀;然后用辊压机制备成特定厚度的薄片电极;最后采用平轴热压或热辊压的方式在30-200度下与铝箔或不锈钢箔集流体结合为一体。
12、本发明的优异之处:
13、与现有的硫化锂碳复合材料相比,本发明制备的硫化锂正极具有较快的热力学电荷传输速率;
14、与现有的涂布法制备的硫化锂电极相比具有离子、电子传输速率快的优点;
15、与现有的固态电池电极相比,本发明制备的电极具有更高的比功率和比能量,能够满足大规模储能和电动车等领域的应用要求。
16、
17、实施例
18、以下实施例仅为更进一步说明本发明,在不违反本发明的主旨下,本发明应不限于以下实施例具体明示的内容。
19、实施例
20、将li2s与mobr3按摩尔比9:1混合研磨后加入到球磨罐中,球料比20:1,转速500rpm,球磨时间20h。将制备的活性材料与li3ps4、vgcf和丁腈橡胶按质量比50:40:8:2混合球磨10h后辊压制备硫化锂正极片。在60度下将热压正极片与铝箔集流体制备硫化锂电极。
21、实施例
22、将li2s与nii2按摩尔比85:15混合研磨后加入到球磨罐中,球料比30:1,转速600rpm,球磨时间10h。将制备的活性材料与li6ps5cl、sp和ptfe按质量比60:31:8:1混合球磨20h后辊压制备硫化锂正极片。在80度下将热压正极片与不锈钢箔集流体制备硫化锂电极。
23、实施例
24、将li2s与cui按摩尔比85:15混合研磨后加入到球磨罐中,球料比30:1,转速500rpm,球磨时间20h。将制备的活性材料与li6ps5cl、vgcf和丁腈橡胶按质量比50:40:8:2混合球磨10h后辊压制备硫化锂正极片。在60度下将热压正极片与铝箔集流体制备硫化锂电极。
25、实施例
26、将li2s与agcl按摩尔比80:20混合研磨后加入到球磨罐中,球料比30:1,转速500rpm,球磨时间10h。将制备的活性材料与li6ps5cl、sp和ptfe按质量比60:31:8:1混合球磨10h后辊压制备硫化锂正极片。在80度下将热压正极片与不锈钢箔集流体制备硫化锂电极。
1.一种全固态锂硫电池电极,其特征在于:所述的全固态锂硫电池电极包括过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极活性物质,导电剂,粘结剂和集流体;
2.如权利要求1所述的过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极活性物质,其特征在于:
3.如权利要求1所述的全固态锂硫电池电极,其特征在于:所述的导电剂为乙炔黑、black pearls 2000、科琴碳黑、super-p、碳纳米管、碳纳米纤维、活性炭、石墨烯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的全固态锂硫电池电极,其特征在于:所述粘结剂为丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、聚烯烃、聚氟乙烯及其衍生物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的全固态锂硫电池电极,其特征在于: 全固态锂硫电池电极的制备方法为:首先,将过渡金属卤化物掺杂的硫化锂正极活性物质,导电剂和粘结剂用球磨机按比例混合均匀;然后用辊压机制备成特定厚度的薄片电极;最后采用平轴热压或热辊压的方式在30-200度下与铝箔或不锈钢箔集流体结合为一体。