[发明专利]固态锂硫电池的正极改进设计及相关制备方法

权利要求书

1.一种锂硫电池，包括：

衬底；

在衬底上的硫正极；

在正极上的涂覆层；

在所述涂层上的第一中间层；

在第一中间层上的固态电解质；

在固态电解质上的第二中间层；

以及在第二中间层上的金属锂负极，

其中，所述涂层均匀地涂覆在所述正极的孔内，并且直接接触所述衬底。

2.如权利要求1所述的电池，其中，所涂覆的涂覆层包含以下材料中的一种：多硫化碳(CS)、聚乙烯氧化物(PEO)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚(3,4-二氧乙撑噻吩)(PEDOT)、硫化聚苯乙烯磺酸(PSS)、聚丙烯腈(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、聚烯丙胺盐酸盐(PAH)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-co-HFP))、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(二烯丙基二甲基铵)双(三氟甲基磺酰亚胺)酰亚胺(TFSI)(PDDATFSI)或其组合。

3.如权利要求2所述的电池，其中，该涂层至少包含下列所列锂盐的一种：双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LiN(CF3SO2)2)(LiTFSI)、高氯酸锂、双(草酸盐)硼酸锂(LiBOB)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)(LiTf)、双锂(三氟甲烷磺酰胺)(Li(C2F5SO2)2N)(LiBETI)或其组合。

4.如权利要求1所述的电池，其中，涂覆层至少包含氮、碳、钴、钛、钽及钨元素中的一种。

5.如权利要求1所述的电池，其中，涂覆层包含N-C-Co复合材料。

6.如权利要求1所述的电池，其中，涂覆层包含聚氧化乙烯以及LiTFSI、LiTf、LiBETI和N-C-Co复合材料中的至少一种。

7.如权利要求6所述的电池，其中所述N-C-Co复合材料包含正十二面体形貌和直径在10-50nm中的至少一个尺寸。

8.如权利要求6所述的电池，其中该N-C-Co复合材料含有介孔结构且比表面积范围为100-300m²/g。

9.如权利要求1所述的电池，其中所述硫正极及涂覆层的总厚度小于200μm。

10.如权利要求1所述的电池，其中该固态电解质包含以下其中之一：固态电解质可包括：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)(IPN-PEA)电解质的互穿网络聚合物、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复合聚合物、基于PEO的固态聚合物、柔性聚合物、聚合物离子液体、原位形成的Li₃PS₄及他们的组合。

11.如权利要求1所述的电池，其中所述正极具有至少30％的孔隙率。

12.如权利要求1所述的电池，其中所述正极具有至少60％的孔隙率。

13.如权利要求1所述的电池，其中所述正极的孔的直径尺寸在1-50μm范围内。