[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

说明书

本发明公开了一种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，其中该正极活性材料包括Li₂S和包覆在Li₂S表面的Li₃PS₄或Li₁₀GeP₂S₁₂。其制备方法包括制备P₂S₅粉末、GeS₂粉末；将这些粉末与Li₂S粉末混合球磨；热处理。全固态锂硫电池，包括由包覆硫系电解质的正极活性材料和导电碳材料制成的正极层。全固态锂硫电池由冷等静压法制成。本发明包覆硫系电解质的正极活性材料具有电化学稳定性好、离子电导率高、界面接触性好等优点，是一种极具前途的正极活性材料。全固态锂硫电池具有活性物质利用率高、循环稳定性能好和安全性能高等优点，是一种使用价值极高的新型全固态锂电池。

技术领域

本发明属于全固态锂硫电池领域，涉及一种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。

背景技术

随着人类社会的发展，对能源的需求也变得越来越紧迫。人们生产生活所用的传统能源大都是不可再生能源，且在使用中会对环境造成不良影响。因此，环境问题和能源问题是二十一世纪以来人类面临和亟待解决的两大热点问题。

锂离子电池作为一种低碳绿色新能源，凭借其能量密度大、无记忆效应和循环寿命长等特点已广泛应用于手机、笔记本电脑和照相机等便携式设备，在电动汽车电源和储能电网等领域也拥有巨大的应用前景。目前，锂离子电池市场的主要份额被基于有机液态电解质的锂离子电池所占据，但潜在的安全问题制约了它更广泛的应用。以固态电解质代替有机液态电解质的全固态锂电池，可以大幅度提高锂电池的安全性能，从而应用于更广泛的领域。现有全固态锂硫电池中，固态锂硫电池复合正极通常以活性物质、固态电解质和碳经机械混合而成，活性物质利用率较低，且在循环过程中活性物质的体积变化易造成界面分离，直接影响电池的循环性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种电化学稳定性好、离子电导率高、界面接触性好的包覆硫系电解质的正极活性材料及其制备方法，还提供了一种活性物质利用率高、循环稳定性能好、安全性能高的全固态锂硫电池及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种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或Li₁₀GeP₂S₁₂。

上述的包覆硫系电解质的正极活性材料，进一步改进的，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。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的包覆硫系电解质的正极活性材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将P₂S₅、GeS₂分别进行球磨，得到P₂S₅粉末、GeS₂粉末；

S2、将步骤S1中得到的P₂S₅粉末或P₂S₅和GeS₂的混合粉末，与Li₂S粉末混合进行球磨；

S3、将步骤S2中球磨后的产物进行热处理，得到包覆硫系电解质的正极活性材料。