一種全固態鋰硫電池的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可充放全固態鋰硫電池的制備方法，具體地說是涉及一種正、負極活性物質與全固態電解質片都有很好的接觸、具有良好電化學性能的全固態鋰硫電池的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會科學技術的發展，手機、筆記本電腦等便攜式電子產品得到了越來越廣泛的應用，而為這些電子產品提供電能的鋰電池由于其高儲能密度、高輸出電壓等特點而深受歡迎，目前商用的二次鋰離子電池一般使用有機電解液，在發生短路或者過度充電等異常情況時會使有機電解液升溫，從而引發電池自燃或爆炸等危險情況，為了提高電池的安全性和可靠性，一個有效的方法就是把易燃的有機電解液替換為具有優良熱穩定性的物質，在全固態電池中，固體電解質取代了傳統有機電解液，具有不易燃、穩定性好的特點，可大幅提尚電池的安全。
[0003]在二次鋰離子電池中，鋰硫電池擁有很大發展潛力和應用前景，其活性物質硫具有極高的能量密度，而且在成本、環境友好等方面體現出較大的優勢，對于目前常用的有機體系鋰硫電池，其最大缺陷是很難解決“穿梭效應”，即硫在充放電過程的中間產物會溶解到電解液中，與負極金屬鋰直接反應的問題，一旦發生“穿梭效應”，鋰硫電池的負極會被腐蝕，嚴重降低電池的庫倫效率使其無法正常工作，并可能造成安全隱患。
[0004]全固態鋰硫電池能夠完全解決“穿梭效應”問題，所以得到了大量的關注和研究，因為在使用全固態電解質片之后，正極放電產生的多硫化物無法穿過電解質片到達負極，從而保護了負極金屬鋰，延長了鋰硫電池的工作壽命，全固態電解質片與有機電解液相比具有很好的高溫穩定性，所以全固態鋰硫電池的安全性非常好。
[0005]由于一般的全固態鋰硫電池不使用電解液，正負電極與全固態電解質片之間為固-固相接觸，固-固相接觸會造成比較大的界面阻抗，影響電池的性能，在全固態鋰硫電池的正極加入離子液體可以有效地改善電池的導電性，減小阻抗。而且離子液體的高溫穩定性同樣非常好，不會影響全固態鋰硫電池的安全性，另一方面，如果正負電極與全固態電解質片的接觸不緊密甚至脫落，會使電池發生斷路無法工作，盡可能地改善兩者之間的接觸，是提高全固態鋰硫電池性能的一個關鍵因素，采用蒸鍍方法將金屬鋰沉積到全固態電解質片上，可以得到一層不會脫落的電池鋰負極。
[0006]綜上所述，全固態鋰硫電池與傳統有機體系二次鋰電池相比，具備無泄漏、使用溫度范圍廣、安全性高等特點，有著重大的研究探索和開發利用價值。

【發明內容】

[0007]1.發明目的本發明的目的在于提供一種全固態鋰硫電池的制備方法，此制備方法可以應用于鋰電池的制備工藝流程中，具有正、負極活性物質與全固態電解質片接觸好、電化學性能高等特點。
[0008]2.技術方案
本發明給出了一種采用固相法高溫燒結制備固態電解質片，在電解質片的一面蒸鍍金屬鋰作為負極，再向電解質片的另一面涂上硫和碳的復合材料作為正極，最后滴加離子液體并使用鋁塑包裝將電池封裝起來的通用方法。
[0009]本發明的工作原理是:按一定比例稱取Li2C03、Al203、Ge02、NH4H2P04等物質，經過一系列球磨和加熱過程，然后壓片燒結得到全固態電解質片LAGP;通過蒸鍍的方法使金屬鋰沉積到LAGP片的另一面作為負極;將硫與多壁碳納米管的混合物在氬氫氣環境中加熱得到復合材料，然后用PVDF作為粘結劑涂到LAGP片一面作為正極;在正極滴加少量離子液體;分別在正負極表面放上集流體后用鋁塑包裝封裝，得到可以使用的全固態鋰硫電池。
[0010]—種全固態鋰硫電池的制備方法，其制備步驟如下:
(1)按照重量之比Li2CO3:Al2O3:GeO2:NH4H2PO4= 3:1:9: 20稱取各種物質，放入球磨罐中以300rpm的轉速球磨4小時；
(2)將步驟I得到的混合粉末轉移至馬弗爐中，在空氣氣氛中6000C加熱I小時；
(3)將步驟2得到的混合粉末轉移至球磨罐中，以300rpm的轉速球磨4小時；
(4)將步驟3得到的混合粉末轉移至馬弗爐中，在空氣氣氛中900°C加熱10小時；
(5)將步驟4得到的混合粉末轉移至球磨罐中，以300rpm的轉速球磨4小時；
(6)將步驟5得到的混合粉末轉移到模具中，以30MPa的壓力壓10分鐘，得到圓形電解質片;
(7)將步驟6得到的圓形電解質片，其直徑為12mm，厚度為1mm，轉移至馬弗爐中，在空氣氣氛中900 0C加熱1小時，得到目標產物固態電解質片；
(8)將步驟7得到的固態電解質片放入蒸鍍儀中，在氬氣氣氛中加熱放有金屬鋰片的蒸發舟，使蒸發的金屬鋰沉積到固態電解質片的另一面上；
(9)將硫和多壁碳納米管按照質量比4:1混合并研磨，使其混合均勻；
(10)將步驟9中得到混合粉末放入管式爐中，在氬氣氣氛中以165°C加熱10小時，自然冷卻；
(11)將步驟10得到的混合粉末用粘結劑按照質量比85:15混合，使用磁力攪拌并加入5ml的NMP分散使其成為均勻漿料；
(12)將步驟11得到的漿料均勻涂在步驟8得到的固態電解質片的一面上并烘干；
(13)將離子液體二(三氟甲基磺酰)1_乙基-3-甲基咪唑滴加在步驟12得到的固態電解質片涂有漿料的一面上；
(14)將步驟13得到的固態電解質片轉移到氬氣氣氛手套箱中，用鋁塑包裝把固態電解質片包覆并熱封起來。
[0011 ]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟I中球磨的球質比為4:1。
[0012]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟2、4、7中升溫速率為2 °C/min。
[0013]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟3、5中球磨的球質比為2:1。
[0014]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟11中粘結劑為PVDF。
[0015]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟12中的烘干加熱溫度為80°C。
[0016]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟8中的蒸鍍時間為I小時。
[0017]所述一種全固態鋰硫電池的制備方法，步驟13中滴加的離子液體為0.05mlο
[0018]3.有益效果
本發明是使用高溫固相燒結的方法制備全固態電解質片，然后在電解質片的另一面蒸鍍金屬鋰作為負極，再向電解質片的一面涂上硫和碳納米管的復合材料作為正極，最后在正極滴加離子液體并使用鋁塑包裝將電池封裝起來得到可實用的全固態鋰硫電池，其優勢表現在:第一，全固態電解質片阻擋了正極放電的中間產物與負極接觸，保護了負極金屬鋰;第二，涂在全固態電解質片上的硫碳復合材料以及蒸鍍在全固態電解質片上的金屬鋰與全固態電解質片均有非常好的接觸，不會脫落;第三，全固態電解質片和離子液體都具有很好的高溫穩定性，所以電池體系具有非常好的安全性，使用這種獨創性的制備方法能夠得到可實用、安全性好、電化學性能優良的全固態鋰硫電池。
[0019]四、
【附圖說明】
圖1:全固態電解質LAGP在5μπι分辨率下的SE