[发明专利]包覆硫系电解质的正极活性材料及其制备方法、全固态锂硫电池及其制备方法

权利要求书

1.一种包覆硫系电解质的正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将P₂S₅进行球磨，得到P₂S₅粉末；所述球磨在氩气氛围保护下进行；所述球磨的转速为380rpm～510rpm；所述球磨的时间为3h～5h；所述球磨过程中每球磨40min，静置降温20min；

S2、将步骤S1中得到的P₂S₅粉末与Li₂S粉末混合进行球磨；所述球磨在氩气氛围保护下进行；所述球磨的转速为380rpm～510rpm；所述球磨的时间为5h～20h；所述球磨过程中每球磨40min，静置降温20min；

S3、将步骤S2中球磨后的产物升温至250℃～270℃热处理0.5h～3h，得到包覆硫系电解质的正极活性材料；所述热处理过程中的升温速率为5℃/min～10℃/min；

所述包覆硫系电解质的正极活性材料，包括正极活性材料，所述正极活性材料表面包覆有硫系固态电解质；所述正极活性材料为Li₂S；所述硫系固态电解质为Li₃PS₄。

2.根据权利要求1所述的包覆硫系电解质的正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述正极活性材料与硫系固态电解质的质量比为0.55～4∶1。

3.一种全固态锂硫电池，包括正极层、固态电解质层和负极层，所述固态电解质层设置于正极层和负极层之间，其特征在于，所述正极层包含由权利要求1或2中所述的包覆硫系电解质的正极活性材料和导电碳材料制成的全固态锂硫电池复合正极材料。

4.根据权利要求3所述的全固态锂硫电池，其特征在于，所述正极层中按照质量百分比计各组分为：

导电碳材料 20％～30％，

包覆硫系电解质的正极活性材料 70％～80％。

5.根据权利要求3或4所述的全固态锂硫电池，其特征在于，所述导电碳材料为乙炔黑、超导碳、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维和活性炭中的至少一种；所述负极层包含负极活性材料；所述负极活性材料为金属锂片、铟锂合金片中的至少一种；所述固态电解质层为全固态硫化物电解质材料；所述全固态硫化物电解质材料为Li₃PS₄或Li₁₀GeP₂S₁₂。

6.根据权利要求3或4所述的全固态锂硫电池，其特征在于，所述正极层的厚度为0.1μm～50μm；所述固态电解质层的厚度为100μm～1000μm。

7.一种如权利要求3～6中任一项所述的全固态锂硫电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将全固态硫化物电解质材料进行冷压成型制成固态电解质层；

(2)将全固态锂硫电池复合正极材料放置于步骤(1)中得到的固态电解质层的一侧进行冷压成型，得到正极层/固态电解质层材料；

(3)以固态电解质层为中间层，将负极活性材料放置于步骤(2)得到的正极层/固态电解质层材料中固态电解质层的另一侧进行冷压成型，得到全固态锂硫电池。

8.根据权利要求7所述的全固态锂硫电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述全固态硫化物电解质材料由以下方法制备得到：在氩气氛围保护下，将P₂S₅粉末或P₂S₅和GeS₂的混合粉末与Li₂S粉末混合，在转速为380rpm～510rpm下球磨5h～20h，球磨过程中每球磨40min，静置降温20min；将球磨后得到的产物在240℃～280℃下热处理0.5h～3h，得到全固态硫化物电解质材料；所述冷压成型过程中的压力为191MPa～637MPa；

所述步骤(2)中，所述全固态锂硫电池复合正极材料由以下方法制备得到：将包覆硫系电解质的正极活性材料和导电碳材料混合，在转速为380rpm～510rpm下球磨1h～5h，得到全固态锂硫电池复合正极材料；所述冷压成型过程中的压力为191MPa～637MPa；

所述步骤(3)中，所述冷压成型过程中的压力为128MPa～255MPa。