[发明专利]二硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料及其制备方法

说明书

本发明实施例涉及一种二硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料及其制备方法。所述制备方法包括：将四硫代钼酸铵溶于纯水中溶解，得到四硫代钼酸铵溶液；将锂镧锆氧固态电解质加入四硫代钼酸铵溶液中，超声分散、搅拌制成浆液；将浆液喷雾干燥成干燥的粉末；将所述粉末在氢气混合保护气的气氛中进行热处理，得到二氧化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，尤其涉及一种二硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料及其制备方法。

背景技术

化石燃料占世界能源需求的大部分，包括电力。但化石燃料正在耗尽，并且燃烧化石燃料也会导致二氧化碳和其他有毒氮氧化物等污染物直接排放到大气中。全球有向更清洁的可再生能源转变的需求。但是像风能和太阳能这样的可再生能源其主要来源是间歇性的——风不是一直在吹，晚上也没有阳光。因此，先进的能源储存系统需要更有效地利用可再生、间歇性的能源。自从1991年索尼公司将锂离子电池商业化以来，它对现代社会产生了深远的影响，为许多便携式电子设备和家用电器提供了动力。但是，在电动汽车中使用该电池仍然需要对最先进的锂离子技术的容量和安全性方面进行实质性的改进。

锂金属负极具有比目前商业使用的石墨负极有着更高的理论容量，但是锂金属负极仍然存在技术障碍。例如，在液态电池中，锂枝晶可能会生长，导致电池短路，甚至引发火灾和爆炸。相比而言，固态无机电解质明显更安全，石榴石型陶瓷Li₇La₃Zr₂O₁₂——锂镧锆氧LLZO，现在被广泛认为是一种有前途的固态电解质材料，因为它具有高离子导电性以及与锂金属的相容性。然而，脆性LLZO电解质与电极材料之间的物理接触不良，导致其界面电阻高，极大地限制了其在全固态锂金属电池中的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种二硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料及其制备方法，有效改善界面接触，降低界面电阻，阻止了电解液对LLZO的破坏，同时，二硫化钼包覆层与锂离子反应可部分生成LixMoS₂(其中x在0.5-1之间)，有助于提高离子电导率。

为此，第一方面，本发明实施例提供了一种硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料的制备方法，包括：

将四硫代钼酸铵溶于纯水中溶解，得到四硫代钼酸铵溶液；

将锂镧锆氧固态电解质加入四硫代钼酸铵溶液中，超声分散、搅拌制成浆液；

将浆液喷雾干燥成干燥的粉末；

将所述粉末在氢气混合保护气的气氛中进行热处理，得到二氧化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料。

优选的，所述四硫代钼酸铵溶液的浓度为0.1wt％-1wt％，所述四硫代钼酸铵与锂镧锆氧固态电解质的质量比为1.625:1000-8.125:100。

优选的，所述超声分散的时间为5-30min，搅拌时间为1-12小时。

优选的，所述喷雾干燥的设备的进口温度为250-280℃，出口温度为100-200℃。

优选的，所述氢气混合保护气的气氛包括：氢气和氩气，其中氢气所占体积比为10％-20％。

优选的，所述热处理的设备包括箱式炉、管式炉、辊道窖、推板窑和回转炉中的一种。

优选的，所述热处理的升温速率为0.1-20℃/min，热处理的温度为350℃-400℃，保温时间为1-24小时，所述热处理后自然降至室温。

第二方面，本发明实施例提出了一种上述第一方面制备方法获得的硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料，所述二硫化钼包覆锂镧锆氧复合固态电解质材料为核壳结构，内核为锂镧锆氧，外层为二硫化钼层；所述二硫化钼层为紧密排列的纳米二硫化钼颗粒构成。