本申请涉及电化学,具体涉及一种正极材料及其制备方法、正极极片和锂硫电池。
背景技术:
1、在众多新的锂电池体系中,锂硫电池是近来研究大热的体系。相比于传统过渡金属氧化物体系,锂硫电池比容量远远高出其他电池体系,高达1675mah/g的比容量使得锂硫电池体系在所有锂电池体系里面一骑绝尘,虽然其平均放电电压较低,但其能量密度仍然处于高水平。而全固态锂硫电池体系,避免了传统液态锂硫电池中的诸多问题,包括穿梭效应、锂金属粉化等。
2、现有的全固态锂硫电池正极体系,多是以复杂材料和工艺进行全固态锂硫电池正极的制备,且在高载量下性能较差,无法发挥出硫作为活性物质的全部性能。鉴于此,有必要提供一种可以保证电池的循环稳定性的正极材料。
技术实现思路
1、本申请提供一种正极材料及其制备方法、正极极片和锂硫电池,其目的是改善锂硫电池中存在的离子电导率差、比容量低的问题。
2、本申请第一方面提供一种正极材料,包括如下重量份的原料:多孔质碳导电剂10份,添加剂7~14份,活性物质38~44份,固态电解质32~40份;其中,活性物质包括硫粉;添加剂包括五硫化二磷和三硫化二磷中的一种或两种。
3、本申请中的单质硫在电池放电时与锂离子生成的硫化锂,可以和添加剂原位生成锂磷硫(li3ps4)固态电解质,锂磷硫固态电解质既能使大部分的活性物质参与充放电循环中,提升活性物质的利用率,形成离子导电网络,锂离子可以更快的进行传导,也能提高正极材料的离子电导率,使得在高面积载量下,装配的全固态电池在提升锂硫电池比容量的同时,保证了循环的稳定性。
4、在一些实施例中,多孔质碳导电剂包括科琴黑、乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维及活性炭中的一种或多种。
5、使用多孔质碳导电剂有利于五硫化二磷更好地附着在表面,活性物质更好地渗透到孔中。
6、在一些实施例中,固态电解质包括锂磷硫氯、锂磷硫、锂锗磷硫及锂镧锆氧中的一种或多种。
7、本申请第二方面提供上述正极材料的制备方法,包括:将多孔质碳导电剂和添加剂进行球磨混合后进行第一烧结处理,得到第一中间产物;将第一中间产物和活性物质进行球磨混合后进行第二烧结处理,得到第二中间产物;将第二中间产物和固态电解质进行球磨混合,得到正极材料。
8、在一些实施例中,第一烧结处理的温度为300℃至420℃。
9、在一些实施例中,第一烧结处理的温度为380℃至400℃。
10、在一些实施例中,第一烧结处理的时间为4h至5h。
11、在一些实施例中,第二烧结处理的温度为150℃至160℃。
12、在一些实施例中,第二烧结处理的时间为10h至12h。
13、在一些实施例中,球磨混合的时间为3h至7h。
14、本申请第三方面提供一种正极极片,包括第一方面的正极材料或根据第二方面的方法制备的正极材料。
15、本申请第四方面提供一种锂硫电池,包括第三方面的正极极片。
1.一种正极材料,其特征在于,包括如下重量份的原料:多孔质碳导电剂10份,添加剂7~14份,活性物质38~44份,固态电解质32~40份;其中,
2.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述多孔质碳导电剂包括科琴黑、乙炔黑、炭黑、石墨、碳纤维及活性炭中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的正极材料,其特征在于,所述固态电解质包括锂磷硫氯、锂磷硫、锂锗磷硫及锂镧锆氧中的一种或多种。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的正极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第一烧结处理的温度为300℃至420℃;和/或
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述第一烧结处理的温度为380℃至400℃。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第二烧结处理的温度为150℃至160℃;和/或
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述球磨混合的时间为3h至8h。
9.一种正极极片,其特征在于,包括权利要求1-3中任一项所述的正极材料或根据权利要求4-8中任一项所述的方法制备的正极材料。
10.一种锂硫电池,其特征在于,包括根据权利要求9所述的正极极片。
