[发明专利]硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池

说明书

本发明揭示一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池，涉及锂电池技术领域。该硫元素表面修饰的正极材料为LiMO₂‑xS_x或LiM₂O₄‑2xS_2x，其中M为Co、Ni、Mn中的一种或多种，0.05x0.3；该硫元素表面修饰的正极材料的制备方法包括以下步骤：将100份正极基材加入到900～1200份的硫化剂溶液，得到分散液；将分散液加入到反应釜中进行反应，得到中间产物；对中间产物进行清洗及烘干，得到硫元素表面修饰的正极材料。该硫元素表面修饰的正极材料的制备方法通过硫化剂的离子交换反应，在正极材料的表面形成富硫层掺杂修饰，以提高正极材料与硫化物固态电解质的界面兼容性，并降低界面接触电阻，具有更快的电荷转移能力，从而提高硫化物固态锂电池的性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体地，涉及一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池。

背景技术

锂电池目前已经在数码产品、动力及储能等领域得到广泛应用，现有的商业化锂电池主要采用液态电解液，存在易挥发易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等问题，在使用过程中容易存在热失控，从而导致安全问题。而固态锂电池是采用固体电解质替代液态电解液，能从根本上解决锂电池安全问题。

固态锂电池所采用的固态电解质中，硫化物类固态电解质具有最优的离子电导率、较适宜的加工性能，被认为是应用于固态锂电池有力候选材料。然而，硫化物类固态电解质的稳定性较差、电化学窗口窄，与高电压氧化物正极材料接触时会产生一系列的副反应，降低硫化物的离子电导率，导致电池的性能下降。

因此，有必要对正极材料表面进行改性，使正极材料表面能与硫化物相兼容，降低界面电阻，减少界面上的副反应，保持正极的电化学稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种硫元素表面修饰的正极材料及其制备方法和固态锂电池。

本发明公开的一种硫元素表面修饰的正极材料，硫元素表面修饰的正极材料为LiMO₂-xS_x或LiM₂O₄-2xS_2x，其中M为Co、Ni、Mn中的一种或多种，0.05x0.3。

本发明公开的一种根据上述的硫元素表面修饰的正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.将100份正极基材加入到900～1200份的硫化剂溶液，得到分散液；

S2.将分散液加入到反应釜中进行反应，得到中间产物；

S3.对中间产物进行清洗及烘干，得到硫元素表面修饰的正极材料。

根据本发明的一实施方式，正极基材为层状氧化物、尖晶石氧化物中的一种或多种。

根据本发明的一实施方式，正极基材为钴酸锂、镍酸锂、三元材料、锰酸锂、镍锰酸锂中的一种或多种。

根据本发明的一实施方式，硫化剂溶液包括硫化剂和溶剂，其中硫化剂的含量为0.5～10份。

根据本发明的一实施方式，硫化剂为硫化钠、硫脲中的一种或多种。

根据本发明的一实施方式，溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、NMP、THF、DMF中一种或多种。

根据本发明的一实施方式，S2步骤中，反应温度为140～210℃，搅拌速率为300～800rpm，反应时间为4～12h。

根据本发明的一实施方式，S3步骤中，中间产物的清洗采用去离子水，中间产物的烘干为60～80℃的真空烘干。

本发明公开的一种固态锂电池，其特征在于，固态锂电池包括如上述的硫元素表面修饰的正极材料。