[发明专利]电子离子双导体材料、制备方法、复合隔膜及锂硫电池

说明书

本发明提供了一种电子离子双导体材料，包括锂离子导体以及包覆在所述锂离子导体表面的碳层。本发明提供的所述电子离子双导体材料能够提高锂硫电池中离子电导率以及电子电导率以及抑制锂枝晶等。本发明还提供了一种电子离子双导体材料的制备方法以及一种复合隔膜和包括所述复合隔膜的锂硫电池。

技术领域

本发明涉及锂硫电池领域，尤其涉及一种电子离子双导体材料、所述电子离子双导体材料的制备方法、复合隔膜及锂硫电池。

背景技术

锂硫电池因硫天然廉价、储量丰富以及环保，且锂硫电池具有较高的理论容量(1675mA hg^-1)和能量密度(2600Wh kg^-1)，成为最具有潜力的锂二次电池之一。然而，硫及其放电终产物(Li₂S/Li₂S₂)的电子/离子绝缘性质使得硫难以用作活性材料，尤其是在硫负载量较高的情况下，导致循环稳定性差和库仑效率低。其次，由于多硫化物易溶于电解液并扩散至锂金属负极表面，并与之反应，即多硫化物的“穿梭效应”也造成了锂硫电池严重的容量衰减。最后，在高电流密度下，锂枝晶容易生长刺穿隔膜并产生内部短路，从而导致电池的失效。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够解决现有技术以上不足之处的电子离子双导体材料。

另，还有必要提供一种所述电子离子双导体材料的制备方法。

另，还有必要提供一种包括所述电子离子双导体材料的复合隔膜。

另，还有必要提供一种包括所述复合隔膜的锂硫电池。

本发明提供一种电子离子双导体材料，包括锂离子导体Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃以及包覆在所述锂离子导体表面的碳层。

本发明还提供一种所述电子离子双导体材料的制备方法，包括以下步骤：

将钛源和络合剂加入到溶剂中，搅拌混合后形成第一分散液；

将锂源和磷源加入到所述第一分散液中，搅拌混合后得到第二分散液；

将铝源加入到所述第二分散液中，搅拌混合后得到第三分散液；

加热所述第三分散液，得到凝胶；以及烧结所述凝胶，从而得到所述电子离子双导体材料。

本发明还提供一种复合隔膜，包括多孔基体，所述复合隔膜还包括设置于所述多孔基体表面的涂层，所述涂层包括所述电子离子双导体材料。

本发明还提供一种锂硫电池，包括正极极片和负极极片，所述锂硫电池还包括所述复合隔膜，所述复合隔膜位于所述正极极片和所述负极极片之间。

本发明在所述锂离子导体表面包覆所述层碳，可以有效地将所述锂离子导体较高的离子电导率和所述碳层较高的电子导电性相结合，可提高所述电子离子双导体材料的离子电导率以及电子电导率。同时，所述锂离子导体作为一种离子导体，可以形成连续的锂离子通道，固定锂离子，使锂离子均匀沉积，且所述锂离子导体具有较好的机械性能，能有效抑制锂枝晶。其次，所述电子离子双导体材料可提高锂硫电池中硫的利用率，抑制多硫化物的穿梭效应。此外，所述碳层可有效避免电解质和锂金属负极接触产生的副反应，从而提高锂硫电池的性能。

本发明提供的所述制备方法为原位合成法，只需在所述锂离子导体的表面包覆所述碳层，方便快捷。

附图说明

图1是本发明较佳实施例提供的电子离子双导体材料的制备方法的流程图。

图2是本发明实施例1制备的电子离子双导体材料的光学照片图。