[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

说明书

本发明提供了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，复合电极材料包括过渡金属硫化物和包覆过渡金属硫化物的固体电解质；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；固体电解质选自Li₇P₃S₁₁、Li₃PS₄、Li₁₀GeP₂S₁₂、70％Li₂S·29％P₂S₅·1％Li₃PO₄、75％Li₂S·24％P₂S₅·1％P₂O₅和80％Li₂S·20％P₂S₅中的一种或多种。该复合电极材料制备的全固态锂电池具有较好的循环性能；还具有较高的能量密度和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂二次电池技术领域，尤其涉及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。

背景技术

随着对更高能量密度储能设备的需要，锂离子电池被认为是最有可能实现电动汽车和大规模储能需要的技术之一。尽管，在目前商业化的二次电池中锂离子电池具有最高的能量密度高，但仍然无法满足日益增长的更高能量密度的要求。同时，传统的锂离子电池使用可燃烧的有机电解液作为导电介质，存在漏液、燃烧和爆炸的危险，使得锂离子电池在某些领域的推广和应用受到限制。金属锂具有最低的电位和高的理论比容量，有望提高锂离子电池的能量密度。然而，金属锂活泼的化学性质使其容易与液态电解质发生一系列的副反应，而在表面生成一层钝化层，降低电池整体的电化学性能。而且在充放电过程中，电流密度分布不均匀也会造成锂枝晶不断生长进而导致刺穿隔膜，最终电池内部发生短路而失效。

全固态锂电池采用不可燃的无机固体电解质取代传统锂离子电池中的有机电解液，具有更高的安全性和更好的热稳定性，能够从根本上完全解决传统锂离子电池的漏液、燃烧和爆炸等安全性问题。同时，由于固态电池是采用堆垛式结构设计，不仅简化了电池结构，而且还可以大大提高电池的能量密度。无机固体电解质材料具有较高的室温离子电导率和宽的电化学窗口，在保证足够的锂离子迁移速率的情况下还能够同时满足绝大部分电极材料的工作电压范围。同时无机固体电解质还具有较高的机械强度和较好的热稳定性，能够有效抑制锂枝晶的生长，防止锂枝晶穿过电解质造成内部短路等安全性问题，提高了固态电池的循环稳定性和安全性能。好的热稳定性使得其能够在较高的宽的工作温度区间内正常使用。

目前商业化锂离子电池多采用含锂过渡金属氧化物和磷酸盐正极材料(LCO,LMO,LNO,LFP)，尽管这类材料具有高的工作电压和较好的结构稳定性，但是可逆比容量通常较低，因此，无法满足高能量密度电池的要求。且全电池的能量密度已经接近于理论值。同时，氧化物电极材料与硫化物固体电解质接触时会在界面处产生高电阻的空间电荷层，使得电池的整体性能下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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，该复合电极材料制备的全固态锂电池具有较好的循环性能。

本发明提供了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；