[发明专利]一种固态硅锂电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明具体公开了一种固态硅锂电池正极材料的制备方法，首先制备苯甲酮化负载硫化锂的碳纳米管，然后将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、苯甲酮化负载硫化锂的碳纳米管和锂盐加入到甲苯溶剂中，使用紫外光源辐射进行聚合反应，干燥得到复合正极；将复合正极加入到无水乙腈中，倾倒在模具上干燥后得到固态硅锂电池正极材料。本发明制备的一种固态硅锂电池正极材料，通过硫和三乙基硼氢化锂反应，在碳纳米管的表面原位沉积了硫化锂，防止其在电池循环中的脱落和聚集；使甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯电解质在负载硫化锂的碳纳米管上原位聚合，促进了硫化锂在聚合物电解质中的分散，从而提高正极的离子电导率，显著改善了电极的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，具体为一种固态硅锂电池正极材料及其制备方法。

背景技术

高的电子和离子导电率的正极对于固态硅锂电池的性能提升是至关重要的，尤其是对于低电导率的活性材料（例如硫化锂和磷酸铁锂），但是这一因素往往是被忽略的。在正极中，可以通过使用导电添加剂（例如炭黑，碳纳米管和石墨烯）构建连续导电网络来提高电子导电性，同时，可以通过使用聚合物电解质与活性材料连接来提高离子电导率。但是，由于形成的离子导电网络不连续，因此增强效率不高。但是聚合物添加剂的含量难以控制，少量的聚合物电解质无法形成连续的离子导电框架，而过多的聚合物电解质，则会阻止电子传输。因此，制备高的电子/离子导电率的正极具有挑战性。

中国专利CN109921090A公开了一种具有良好循环性能的硫化锂/硅固态全电池正负极材料及其制备方法，通过溶液原位合成一步法制备了硅/硫基固态电解质复合负极材料，该方法操作简单方便,通过硫基固态电解质包覆提高电化学性能稳定性与电化学循环性能。制备硫化锂/碳复合正极材料，碳材料可以有效提高硫化锂材料电子导电性，并抑制硫化锂在充放电中体积膨胀,同时硫化锂纳米化可提高活性物质利用率，提高电化学性能。但是，直接将硫化锂/碳复合难以形成连续的导电网络，并且会导致较低的离子导电率，从而影响固态电池的性能。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种固态硅锂电池正极材料及其制备方法，解决了传统固态硅锂电池中正极材料难以实现高的电子/离子导电率的问题。

技术方案

针对以上技术问题，本发明提出一种固态硅锂电池正极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

（a1）将甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、苯甲酮化负载硫化锂的碳纳米管和锂盐加入到甲苯溶剂中，超声分散均匀后，通氮气除去体系中的氧气，使用紫外光源对反应体系进行辐射，使其进行聚合反应，产物过滤、洗涤并干燥，得到复合正极；

（b1）将步骤（a1）制备的复合正极加入到无水乙腈中，研磨，倾倒在模具上，干燥后得到固态硅锂电池正极材料。

优选的，所述步骤（a1）中甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、苯甲酮化负载硫化锂的碳纳米管、锂盐和甲苯的质量比为10:5~7:2.5~3:30~35；

优选的，所述步骤（a1）中聚合反应的温度为65-85℃，聚合反应的时间为4-10h。

优选的，所述步骤（b1）中复合正极和无水乙腈的质量比为10:20~23；

本发明所述苯甲酮化负载硫化锂的碳纳米管的制备，具体包括如下步骤：

（a2）将碳纳米管加入到三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液中，超声处理，然后将硫的甲苯溶液加入上述溶液中，并在室温下搅拌，之后，将加热反应，反应结束后，洗涤干燥，煅烧，得到负载硫化锂的碳纳米管；

（b2）将步骤（a2）制备的负载硫化锂的碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂，搅拌分散均匀后，加入均苯四甲酸酐与碳纳米管表面的羟基进行开环反应，产物冷却后离心、洗涤、干燥，得到酸酐化负载硫化锂的碳纳米管；