[发明专利]固态锂硫电池正极及制备方法、固态锂硫电池及制备方法

说明书

本发明提供固态锂硫电池正极及制备方法、固态锂硫电池及制备方法，固态锂硫电池正极包括正极材料导电集流体以及涂覆在所述正极材料导电集流体上的涂覆材料，所述涂覆材料包括有机硫材料、高盐固态电解质、导电剂，所述高盐固态电解质包括锂盐、高分子材料；其中至少部分锂离子储存在有机硫材料的‑S‑S‑键中。通过锂离子以类似于磷酸铁锂正极材料嵌入储锂的形式，储存在有机硫材料‑S‑S‑键中，极大的降低硫充放电过程中的反应能垒，并且体积变化很小，可以使得固态锂硫电池在室温常压下运行。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种固态锂硫电池正极及制备方法、固态锂硫电池及制备方法。

背景技术

在全球能源短缺、环境污染和气候异常的大背景下，以电动汽车为代表的新能源受到了人们的广泛关注。可是，在传统的锂离子电池中，有限的能量密度和由可燃电解液引起的安全性问题阻碍了电动汽车的进一步发展。将液态电解液替换成固态电解质，锂金属替代传统石墨负极，可以同时解决传统锂离子电池的低能量密度和安全性问题。在固态锂电池中，由于高的能量密度(2600Wh/kg)和高安全性，固态锂硫电池被认为是最具竞争力的下一代储能体系。然而，固态锂硫电池的发展受到很多大的挑战：(1)硫是绝缘体，本身的离子电导率和电子电导率都很差；(2)固相硫和固相硫化锂(Li₂S)之间缓慢的氧化还原动力学；(3)硫充放电过程中大的体积变化(80％)，造成硫和导电剂、固态电解质的脱离。现有技术中固态锂硫电池不能满足常温下的长期稳定性，针对这一问题，部分学者通过加入催化剂来促进硫的固固反应，但是有限的固固接触界面，催化剂发挥的作用有限。对于硫的体积膨胀效应，有学者会通过施加大的压力，但是对固态锂硫电池的实用化带来了新的挑战。

现有技术中缺乏一种常温常压下长期稳定的固态锂硫电池。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种固态锂硫电池正极及制备方法、固态锂硫电池及制备方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种固态锂硫电池正极，包括正极材料导电集流体以及涂覆在所述正极材料导电集流体上的涂覆材料，所述涂覆材料包括有机硫材料、高盐固态电解质、导电剂所述高盐固态电解质包括锂盐、高分子材料；其中至少部分锂离子储存在有机硫材料的-S-S-键中。

优选地，所述有机硫材料中硫以共价键的形式接枝在有机高分子材料上。

优选地，所述有机高分子材料是聚丙烯腈、二甲基三硫化物、二苯基三硫化物或二苯基四硫化物。

优选地，所述锂盐是LiFSI、LiTFSI、LiClO₄中至少一种；所述高分子材料是聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚丙烯腈中至少一种；所述锂盐与所述高分子材料的质量比为1：1；所述有机硫材料、所述高盐固态电解质、所述导电剂的质量比为1-4：1-4：1-4。

本发明还提供一种固态锂硫电池正极的制备方法，用于制备如上任一所述的固态锂硫电池正极，包括如下步骤：S1：将锂盐和高分子材料溶解在有机溶剂中，搅拌得到高盐固态电解质溶液；S2：将有机硫材料与导电剂碾磨后加入所述高盐固态电解质溶液持续搅拌至得到正极浆料；S3：将所述正极浆料涂覆到正极材料导电集流体上，去除有机溶剂后得到所述正极；其中至少部分锂离子储存在有机硫材料的-S-S-键中。

本发明再提供一种固态锂硫电池，其特征在于，包括固态电解质薄膜、如上任一所述的正极和锂负极；所述固态电解质薄膜包括锂盐、高分子材料。