一种固态锂硫电池正极及全固态锂硫电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114141980A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111405130.X(22)申请日2021.11.24(71)申请人蜂巢能源科技(无锡)有限公司地址214100江苏省无锡市锡山经济开发区东部园大成路1066号(72)发明人黄海强陈少杰王磊杨红新(74)专利代理机构北京远智汇知识产权代理有限公司11659代理人牛海燕(51)Int.Cl.H01M4/13(2010.01)H01M4/139(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书2页说明书10页(54)发明名称一种固态锂硫电池正极及全固态锂硫电池(57)摘要本发明公开了一种固态锂硫电池正极及全固态锂硫电池。所述固态电池正极包括含硫正极材料、导电剂、第一粘结剂、第一电解质和添加剂，所述添加剂包括金属单质。本发明通过在固态锂硫电池正极中加入添加剂，其应用于锂硫电池后在电池使用过程中，添加剂中的金属单质与锂金属发生合金化效应产生体积上的延展，包裹住含硫正极材料颗粒，能够减小体积膨胀导致的极片破碎失效，解决了传统锂硫体系正极电子电导率低和体积膨胀大的问题，使得锂硫体系全固态电池的循环和倍率性能进一步的提升。CN114141980ACN114141980A权利要求书1/2页1.一种固态锂硫电池正极，其特征在于，所述固态电池正极包括含硫正极材料、导电剂、第一粘结剂、第一电解质和添加剂，所述添加剂包括金属单质。2.根据权利要求1所述的固态锂硫电池正极，其特征在于，所述添加剂中的金属单质包括银、锡、锌、锑、铝、铁、钛、镍、钴和锰中的至少一种，优选为锌；优选地，所述添加剂中还包括非金属单质；优选地，所述非金属单质和所述金属单质的质量比为1:(3‑10)；优选地，所述非金属单质包括硼、硅、硒、碘和碳中的至少一种；优选地，所述添加剂的粒径D50为50nm‑500nm。3.根据权利要求1或2所述的固态锂硫电池正极，其特征在于，所述含硫正极材料包括二硫化钛、聚丙烯腈‑硫复合材料、二硫化铁、硫化亚铁和S单质中的至少一种；优选地，所述含硫正极材料的表面还设置有碳包覆层，所述碳包覆层的质量含量为2％‑10％；优选地，所述导电剂为导电碳材料，所述导电碳材料包括碳纤维、碳纳米管、SP和科琴黑中的至少一种；优选地，所述第一粘结剂包括聚四氟乙烯；优选地，所述第一电解质包括thio‑LISICON结构的电解质及其衍生物、卤素电解质中的至少一种，所述第一电解质优选为Li5.5PS4.5Cl1.5、Li5.5PS4.5Br1.5、Li10SnP2S12、Li5.5PS4.5I1.5和Li3YCl6中的至少一种。4.根据权利要求1‑3任一项所述的固态锂硫电池正极，其特征在于，以所述固态电池正极的质量为100％计，所述添加剂的含量为2％‑30％，优选为12％‑20％；优选地，以所述固态电池正极的质量为100％计，所述含硫正极材料的含量为30％‑80％；优选地，以所述固态电池正极的质量为100％计，所述导电剂的含量为5％‑20％；优选地，以所述固态电池正极的质量为100％计，所述固态电池正极中的电解质的含量为10％‑50％。5.一种根据权利要求1‑4任一项所述的固态锂硫电池正极的干法制备方法，其特征在于，所述干法制备方法包括以下步骤：将含硫正极材料、导电剂、第一粘结剂、第一电解质和添加剂混合均匀后机械揉捏，热辊压，得到所述的固态电池正极。6.一种固态锂硫电池，包括正极、负极和位于所述正极和负极之间的固态电解质层，其特征在于，所述正极采用如权利要求1‑4任一项所述的固态电池正极。7.根据权利要求6所述的固态锂硫电池，其特征在于，所述负极包括基底和设置在所述基底表面的含锂涂层；优选地，所述基底为锂铜复合带，所述锂铜复合带包括相互贴合的锂金属层和铜层，所述锂铜复合带的锂金属层一侧表面经表面处理和/或表面设置第一保护层，所述含锂涂层设置在所述锂铜复合带的铜层一侧；优选地，所述基底为锂合金带，所述含锂涂层设置在所述锂合金带的铜一侧表面，所述含锂涂层表面设置第二保护层。8.根据权利要求7所述的固态锂硫电池，其特征在于，所述锂金属层的厚度为10μm‑1002CN114141980A权利要求书2/2页μm；优选地，所述表面处理为表面氮化处理；优选地，所述锂合金带的材质包括锂与Al、Sn、Mg、Zn、In、Ze、Ti和Ag中的至少一种形成的合金；优选地，所述第一保护层和第二保护层的厚度独立地为50nm‑100nm；优选地，所述第一保护层和第二保护层独立地选自无机材料保护层、聚合物电解质保护层或金属保护层中的至少一种；优选地，所述无机材料保护层包括LISICON型氧化物固态电解质、LiF、LiN和SiO2中的至少一种