[发明专利]固态锂硫电池的阴极及其制造方法

权利要求书

1.一种锂硫电池的阴极，其包含：

孔隙率在60％至99％范围内的基于硫的复合物层；以及

设置在所述复合物层顶部上以及复合物层的孔内的导电聚合物。

2.如权利要求1所述的阴极，其中，所述复合物层的孔隙率在60％至80％的范围内。

3.如权利要求1所述的阴极，其中，所述复合物层的孔的尺寸在1μm至50μm的范围内。

4.如权利要求3所述的阴极，其中，所述孔的尺寸在2μm至10μm的范围内。

5.如权利要求1所述的阴极，其中，所述复合物层包含碳材料，所述碳材料作为纳米颗粒、纳米线、纳米纤维、纳米棒、纳米管、纳米球、石墨烯或其组合中的至少一种存在。

6.如权利要求5所述的阴极，其中，所述碳材料以5重量％至40重量％范围内的量存在。

7.如权利要求1所述的阴极，其中，所述复合物层包含在1重量％至20重量％范围内的金属碳化物。

8.如权利要求1所述的阴极，其中，所述导电聚合物包含以下中的至少一种：碳聚硫化物(CS)、聚环氧乙烷(PEO)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)、聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(P(VdF-共-HFP))、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(二烯丙基二甲基铵)双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(TFSI)(PDDATFSI)或其组合，以及包含以下中的至少一种：双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)、高氯酸锂、双(草酸)硼酸锂(LiBOB)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)或其组合。

9.一种锂硫(Li-S)电池，其包括：

锂阳极；

固态电解质；和

如权利要求1所述的阴极。

10.如权利要求9所述的Li-S电池，其被构造成具有至少90％的放电容量保持率。

11.如权利要求9所述的Li-S电池，其中，所述固态电解质包含以下至少一种：Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃、Li_0.55La_0.35TiO₃、聚(丙烯酸乙酯)的互穿聚合物网络(ipn-PEA)电解质、三维陶瓷/聚合物网络、原位增塑聚合物、具有排列良好的陶瓷纳米线的复合聚合物、基于PEO的固态聚合物、挠性聚合物、聚合离子液体、原位形成的Li₃PS₄或其组合。

12.一种形成锂硫电池的阴极的方法，所述方法包括：

提供基材；

将基于硫的浆料层设置在基材上；

冷冻干燥浆料层以形成孔隙率在60％至99％范围内的基于硫的复合物层；以及

将导电聚合物设置在所述复合物层的顶部上以及复合物层的孔内。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述基材是集电器。