[发明专利]一种全固态锂硫电池的制备方法及制备模具

说明书

本发明公开了一种全固态锂硫电池的制备方法及制备模具。本发明的方法包括：步骤a，制备固态电解质：将Li2S、P2S5、纳米硅、LiF经过高能球磨，高压压片以及高温烧结的过程后制成硫化物玻璃陶瓷固态电解质；步骤b，制备正极材料：将S、活性物质、步骤a制得的固态电解质经过高温热处理以及多次高能球磨的过程后制成正极材料；步骤c，制备负极材料：将金属锂片经过表面处理后制成负极材料；步骤d，将制备好的正极材料、固态电解质、负极材料放入到全固态锂硫电池模具中，采用层压法制成全固态锂硫电池。本发明使用固态电解质代替电解液，使锂离子电池更安全，可以对锂枝晶具有很好的抑制作用，同时抑制穿梭效应以及活性物质的溶解。

技术领域

本发明涉及电池制造技术领域，具体涉及一种全固态锂硫电池的制备方法及制备模具。

背景技术

随着人类社会的发展，人们对能源的需求日益增加，而地球所储藏的化石能源日益枯竭，对人类社会未来的发展形成挑战。因此，寻找化石能源的可替代品成为当务之急，上世纪90年代锂离子电池的出现对能源危机有较大的缓解作用，然而传统的锂离子电池仍然具有较大缺陷，其中致命的缺点是其液体电解质的存在产生锂枝晶，锂枝晶是导致锂离子电池短路失效以及电解液泄露的重要原因，使电池具有易燃易爆的风险，人们众所周知的三星note7事件，特斯拉燃烧爆炸事件无一不是由于锂离子电池电解液泄露所导致的；与此同时，人们对电池能量密度的要求越来越高，无论是手机待机时间的要求还是对电动汽车续航里程的要求，归根结底，都是对电池能量密度的要求。锂金属具有极高的理论能量密度(3860mAh/g)以及最低的电负性，金属硫同样具有极高的理论能量密度，因此锂硫电池的研究成为当下新能源领域的研究热点，同样的，传统锂硫电池具有较大的缺陷，由于多硫化物的产生，并在电解液中溶解，严重影响电池中Li+沉积与脱嵌的可逆性，造成电池容量衰减严重，该效应称为锂硫电池的穿梭效应，与此同时，由于电解液与正极物质长期接触，导致活性材料在电解液中溶解，从而严重影响电池的放电容量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种全固态锂硫电池的制备方法和制备模具，使用固态电解质代替电解液，使锂离子电池更安全，与此同时由于固态电解质极佳的机械性能，可以对锂枝晶具有很好的抑制作用，同时抑制穿梭效应以及活性物质的溶解。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种全固态锂硫电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，制备固态电解质：将Li2S、P2S5、纳米硅、LiF经过高能球磨，高压压片以及高温烧结的过程后制成硫化物玻璃陶瓷固态电解质；

步骤b，制备正极材料：将S、活性物质、步骤a制得的固态电解质经过高温热处理以及多次高能球磨的过程后制成正极材料；

步骤c，制备负极材料：将金属锂片经过表面处理后制成负极材料；

步骤d，将制备好的正极材料、固态电解质、负极材料放入到全固态锂硫电池模具中，采用层压法制成全固态锂硫电池

作为本发明的一个优选的技术方案：所述步骤a中高能球磨过程为：将Li2S、P2S5、纳米硅、LiF放入到球磨罐中，以510r/min的速度球磨24h，制成非晶形态固态电解质中间体；所述高压压片过程为：将非晶形态固态电解质中间体放入到金属模具中，在380Mpa压强下进行粉末压片；所述高温烧结过程为：将压制好的粉末压片放进管式炉抽真空后烧结，在550℃条件下保温10h，之后缓慢降温至室温，制成硫化物玻璃陶瓷固态电解质；所述Li2S、P2S5、纳米硅、LiF的质量比37：28：18：8。

作为本发明的一个优选的技术方案：所述步骤b中活性物质为乙炔黑；所述S、乙炔黑、固态电解质的质量比15：30：30。