[发明专利]一种全固态锂硫扣式电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态锂硫扣式电池的制备方法。本发明的全固态锂硫扣式电池可以有效阻止锂硫电池中多硫化物的穿梭效应，进而大幅度提升电池的循环性能，具体的来说，本发明采用一种全新的有机无机复合固态电解质，并应用在锂硫电池中，有效增加电池的充放电容量，倍率性能以及循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池的技术领域，具体涉及一种全固态锂硫扣式电池的制备方法。

背景技术

当前是能源紧缺的时代，随着化石能源的消耗，人们对可替代能源的需求日益紧迫，这极大的推动了储能设备的发展，随着上世纪九十年代锂离子电池的诞生，储能设备能量密度有了长足进步，然而人们对更高能量密度储能设备的追求从未停止。金属锂由于其具有最低的电负性，以及极高的理论容量(3800mAh/g)被认为是未来储能设备的终极负极，升华硫同样由于极高的理论容量(1675mAh/g)以及极低的成本，备受人们关注，由此锂硫电池的研究成为当下能源领域的热点，然而由于在放电时锂与硫反应产生多硫化物，多硫化物又会溶解在电解液中，并穿梭到电池负极，俗称穿梭效应，该效应会极大影响锂硫电池的循环性能，是锂硫电池放电容量快速衰减的主要原因。与此同时，锂金属在负极的沉积不均匀会导致锂枝晶的产生，当锂枝晶达到一定数量以及高度，会将电池中间的隔膜刺穿，导致电池短路失效甚至引发爆炸，对人的生命财产安全造成很大隐患。因此如何解决锂硫电池的穿梭效应以及锂枝晶问题，成为锂硫电池能否应用的关键。硫化物固态电解质以其良好的力学性能，以及较高的离子电导率，备受关注，将硫化物固态电解质应用于锂硫电池可以很好地抑制锂枝晶产生，并且防止了多硫化物的溶解穿梭，由此可以很好的解决传统液态锂硫电池存在的问题。然而硫化物固态电解质与正极S之间既存在较大的界面阻抗，且二者的化学性能不稳定，尤其在高电压条件下存在反应，导致正极活性物质失效，为了解决这一难题，我们采用有机无机复合的办法，在正极与电解质之间加入一层PEO基固态电解质以改善固态电解质与正极之间的固固接触，以及将电解质与正极活性物质硫隔绝。用这种方法制备得到的全固态锂硫扣式电池可以很好的抑制锂枝晶以及多硫化物的穿梭效应，因此该锂硫电池具有很好的循环稳定性以及较高的放电比容量。基于以上理论分析以及实践考察，我公司制备出相应的全固态锂硫扣式电池，推动能源领域储能设备的快速发展。

发明内容

为了得到具有较高比容量以及较好循环性能储能电源，本发明提供了一种全固态锂硫扣式电池的制备方法。

本发明的全固态锂硫扣式电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚合物固态电解质：在密闭的环境中，将锂盐LiTFSI以及PEO粉末溶解于溶剂中，并在磁力搅拌器中50℃条件下搅拌10h，得到PEO与锂盐溶液，然后浇注在PTFE模具中，在干燥器中干燥10h，之后将模具置于真空烘箱，60℃条件下烘烤12h，得到PEO聚合物固态电解质薄膜；

(2)制备无机硫化物固态电解质：在密闭的环境中，将Li₂S、P₂S₅、纳米硅和LiF放置于密封的氧化锆球磨罐中，以510r/min的速度球磨24h，得到非晶型无机固态电解质，之后将上述电解质压片并在管式炉中烧结10h，烧结温度设定为550℃，得到无机硫化物固态电解质；

(3)制备正极材料：在密闭的环境中，将升华硫、乙炔黑和粘结剂PVDF溶于溶剂中，在磁力搅拌器中50℃条件下搅拌12h，制得正极共混浆料，将制得的正极共混浆料在铝箔表面均匀涂覆，120℃烘箱中烘烤至溶剂全部挥发，制得正极极片，最后将正极极片剪裁；

(4)装配电池：在密闭的环境中，将泡沫镍、锂片、无机硫化物固态电解质片、PEO聚合物固态电解质薄膜和正极极片依次叠加在电池负极壳中，然后将不锈钢片压在正极极片上，并用垫片以及正极壳封死电池，将电池取出后用电池封口机压制成全固态锂硫扣式电池；

(5)全固态锂硫扣式电池的活化以及化成：先将电池置于60℃烘箱中活化保温24h，之后在极小电流下对电池进行一个充放电循环。