[发明专利]一种过渡金属硫化物复合电极材料及其制备方法和全固态锂电池

权利要求书

1.一种过渡金属硫化物复合电极材料，包括过渡金属硫化物和包覆所述过渡金属硫化物的固体电解质；

所述过渡金属硫化物选自铁基多硫化物、钴基多硫化物、镍基多硫化物和钒基多硫化物中的一种或多种；

所述固体电解质选自Li₇P₃S₁₁、Li₃PS₄、Li₁₀GeP₂S₁₂、70％Li₂S·29％P₂S₅·1％P₂O₅、75％Li₂S·24％P₂S₅·1％Li₃PO₄和80％Li₂S·20％P₂S₅中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物复合电极材料，其特征在于，所述铁基多硫化物选自二硫化铁、四硫化三铁和八硫化七铁中的一种或多种；

所述钴基多硫化物选自二硫化钴和/或四硫化三钴；

所述镍基多硫化物选自二硫化镍和/或四硫化三镍；

所述钒基多硫化物选自二硫化钒、四硫化钒和八硫化五钒中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的过渡金属硫化物复合电极材料，其特征在于，所述过渡金属硫化物按照以下方法制得：

将金属盐、溶剂和硫源混合，得到混合溶液；所述金属盐选自铁盐、钴盐、镍盐和钒盐中的一种或多种；

所述溶剂选自去离子水、N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇、乙二醇、二乙二醇和丙三醇中任意两种或多种；

将所述混合溶液热反应，冷却后离心洗涤，冷冻干燥，得到过渡金属硫化物电极材料；

所述热反应的温度为120～240℃；时间为1～36h。

4.根据权利要求3所述的过渡金属硫化物复合电极材料，其特征在于，所述硫源选自升华硫、硫代乙酰胺、硫脲和L-半胱氨酸的一种或多种；

所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇的混合溶剂、无水乙醇和去离子水的混合溶剂、去离子水和丙三醇的混合溶剂或去离子水和二乙二醇的混合溶剂。

5.一种权利要求1～4任一项所述过渡金属硫化物复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

将过渡金属硫化物和无水有机溶剂混合，搅拌，得到悬浊液；所述过渡金属硫化物选自铁基多硫化物、钴基多硫化物、镍基多硫化物和钒基多硫化物中的一种或多种；

将固体电解质原料和悬浊液混合，密封条件下沉淀反应，减压蒸馏，干燥后得到前驱体；所述固体电解质原料选自包括硫化锂和五硫化二磷的混合物；或Li₁₀GeP₂S₁₂三元电解质；

将所述前驱体退火，得到过渡金属硫化物复合电极材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述无水有机溶剂选自乙腈、正己烷、氯苯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺，乙醇和四氢呋喃中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀反应的温度为20～200℃，沉淀反应的时间为0.1～48h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为120～750℃；退火的时间为0.1～24h。

9.一种全固态锂电池，包括正极、负极和设置在所述正极和负极之间的固态导电介质；

所述正极为权利要求1～4任一项所述过渡金属硫化物复合电极材料或权利要求5～8任一项所述制备方法制备的过渡金属硫化物复合电极材料。

10.根据权利要求9所述的全固态锂电池，其特征在于，所述固态导电介质选自Li₁₀GeP₂S₁₂-75％Li₂S·24％P₂S₅·1％P₂O₅双层固态电解质、Li₁₀GeP₂S₁₂-70％Li₂S·29％P₂S₅·1％Li₃PO₄双层固态电解质、Li₁₀GeP₂S₁₂-80％Li₂S·20％P₂S₅双层固态电解质或Li₁₀GeP₂S₁₂单层固态电解质。