[发明专利]一种电池级硫化锂的合成方法及电池级硫化锂

说明书

本发明涉及锂硫电池的技术领域，更具体地说，它涉及一种电池级硫化锂的合成方法及电池级硫化锂，电池级硫化锂的合成方法包括以下步骤：以金属锂为正负极，以含多硫化锂有机溶剂为电解液，建立电化学反应体系，进行电化学反应，待电化学反应结束后，收集正负极上的不溶物以及过滤电化学反应体系溶液中的不溶物，将不溶物进行真空干燥，得到硫化锂固体。其同时具有原子利用率高、产物杂质少、节能环保以及工艺条件易于控制的优点。得到的电池级硫化锂具有杂质少的优点，能应用于电池生产领域中。

技术领域

本发明涉及锂硫电池的技术领域，更具体地说，它涉及一种电池级硫化锂的合成方法及电池级硫化锂。

背景技术

以金属锂为负极，以单质硫为正极的锂硫电池，其理论放电质量比能量高达2600Wh/kg，远高于现阶段所使用的商业化二次电池。同时锂硫电池具有单质硫廉价、环境友好等特性，又使其极具商业价值。因此，锂硫电池被公认为是下一代最具发展潜力的高比能量二次电池体系。

高纯度的硫化锂是锂硫电池中常用的潜在电解质材料及添加剂。目前合成硫化锂的方法有球磨法、溶剂法和高温高压法等。

其中，球磨法具体是在惰性气氛保护下，将硫粉与氢化锂粉混合，加入到密封的球磨罐中球磨，球磨反应结束后，在惰性气氛下，将粉体从球磨罐中取出，即可得到硫化锂粉体，该方法工艺简单、环境友好、无废液产生，但是需使用到氢化锂这种高成本的原料，且反应时间长、转化率较低，所得产品存在多硫化锂等杂质，不易提纯。溶剂法是通过将硫化锂、富硫物、金属锂与芳香族化合物溶解于醚类有机溶剂中，进行反应，得到含有沉淀物的混合溶液，分离沉淀物后进行热处理，即可得到硫化锂，该方法液相反应充分完全，不易残留杂质，产品提纯容易，但涉及易燃、易爆、易挥发的有机溶剂，对环境污染严重，工况危险性高，较难控制。高温高压法是以高纯金属锂及高纯硫单质为原料，以醚类、环醚类、烷烃、环烷烃、芳香烃、杂原子取代芳烃及二硫化碳中的一种或几种混合作为溶剂，在高压反应釜内进行反应制备得到硫化锂，该方法工艺流程简单，无有害气体产生，且有效利用了高温高压密闭反应的优势，避免有害溶剂泄漏，大大缩短了制备流程，但是高温、高压的工况不易控制，增加了反应过程及后处理的风险。因此，上面关于硫化锂的合成方法均无法在产物杂质少、节能环保以及工艺条件易于控制方面得到均衡。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种电池级硫化锂的合成方法，其同时具有原子利用率高、产物杂质少、节能环保以及工艺条件易于控制的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种电池级硫化锂，其具有纯度高优点。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电池级硫化锂的合成方法，包括以下步骤：以金属锂为正负极，以含多硫化锂有机溶剂为电解液，建立电化学反应体系并对电化学反应体系充电，进行电化学反应，待电化学反应结束后，收集正负极上的不溶物以及过滤电化学反应体系溶液中的不溶物，将不溶物进行真空干燥，得到硫化锂固体。

通过采用上述技术方案，以金属锂为正负极，以含多硫化锂有机溶剂为电解液，在外加电压下形成一个电化学反应体系，其中的电解池反应为：

阳极反应：Li-e^-→Li⁺；

阴极反应：Li₂S_n+1+2nLi⁺+2ne^-→(n+1)Li₂S↓；

电化学总反应：Li₂S_n+1+2nLi→(n+1)Li₂S↓；