本發明專利技術提供了一種復合電極材料，包括電極材料和包覆在所述電極材料上的硫化物電解質，所述硫化物電解質的化學式為式(I)～(III)中的一種或幾種。本發明專利技術將硫化物電解質包覆在電極材料表面，這種結構能夠有效改善電解質相與電極相界面間離子輸運的界面問題，提高鋰離子在電極材料表面的傳輸效率，減小電解質相與電極相界面間的離子運輸電阻，從而改善電極材料的循環性能和倍率性能。實驗結果表明，以本發明專利技術中的復合電極材料組裝的全固態鋰電池，在充放電循環50次后，電池比容量由最初的600mAhg-1左右下降到了550mAhg-1左右，下降程度小，說明本發明專利技術提供的復合電極材料能夠有效提高電池的電化學性能。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于全固態鋰電池領域，尤其涉及一種復合電極材料、其制備方法和全固態鋰電池。
技術介紹
鋰離子電池因具有輸出電壓高、比能量大、循環壽命長、安全性能好、無記憶效應等特點，作為主要的儲能器件已成功應用于移動電源領域。傳統的鋰離子充電電池采用的是有機電解液，但因有過度充電、內部短路等異常時可能導致電解液發熱，有自燃或爆炸的危險，而將有機電解液以固態電解質取代，形成全固態鋰電池。全固態鋰電池比傳統的使用有機電解液的鋰電池更安全、使用壽命更長。目前，對于全固態鋰二次電池的研究，按電解質區分主要包括兩大類:一類是以有機聚合物電解質組成的鋰二次電池，也稱為聚合物全固態鋰電池；另一類是以無機固體電解質組成的鋰二次電池，又稱為無機全固態鋰電池。其中，聚合物全固態鋰電池的優點是安全性高、能夠制備成各種形狀、通過卷對卷的方式制備相對容易。但是，該類電池作為大容量化學電源進入儲能領域仍有一段距離，主要存在的問題包括電解質和電極的界面不穩定、高分子固體電解質容易結晶、適用溫度范圍窄以及力學性能有待進一步提升。而無機固體電解質材料具有機械強度高，不含易燃、易揮發成分，不存在漏液現象，并且抗溫度性能好等特點；同時，無機材料處理容易實現大規模制備，以滿足大尺寸電池的需要，還可以制備成薄膜，易于將鋰電池小型化；而且由無機材料組裝的薄膜無機固體電解質鋰電池具有超長的儲存壽命和循環性能，是各類微型電子產品電源的最佳選擇。但是，現有的采用無機固態電解質的全固態鋰電池的電化學性能較差。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種復合電極材料、其制備方法和全固態鋰電池，本專利技術提供的復合電極材料制成的全固態鋰電池具有較好的電化學性能。本專利技術提供一種復合電極材料，包括電極材料和包覆在所述電極材料上的硫化物電解質。所述硫化物電解質的化學式為式(I)?(III)中的一種或幾種；aLi2S.(100-a_c)XbSn.cY (I);0〈a〈100，b 為 0、1 或 2，n 為 2b 或 2b+l，0 ( c〈100_a，X 為 B3+、P3+、P5+、Si4+或 Ge 4+，Y為 Li 1、LiBr、Li3PO4' Li4S14' P205、GeS2M P 2S3;Li10+a, X 1+a, P2 a, S12 (II);V選自第三、第四或第五主族元素中的一種或幾種；O^a1 ^ I ；Li4a" X" ! b, Y' b, S4 (III)；X"選自Si，Ge中的一種，Y'選自P，Al，Zn，Ga中的一種；-1 彡 a"彡 2，O 彡 b'彡 I。優選的，所述式(I)中，30 < a < 90。優選的，所述具有式(I)所示化學式的硫化物電解質包括70Li2S.27P2S5.3P205、70Li2S.29P2S5.1Ρ205、66.7Li2S.33.3P2S3、70Li2S.29P2S5.lP2S3、70Li2S.29P2S5.lLi3P04、70Li2S.30P2S5、75Li2S.25P2S5、63Li2S.27P2S5.lOLiBr。優選的，所述X'選自Al、S1、Ge、Sn、P和As中的一種或幾種。優選的，所述具有式(II)所示化學式的硫化物電解質包括Li1(]GeP2S12、Li10SnP2S12' Li11Si2PS12' Li10Ge0.95Si0.05P2S12、Li11AlP2S12' Li10.U5Ggl35Pl65S120優選的，所述具有式(III)所示化學式的硫化物電解質包括Li3.25GeQ.25Pa75S4、Li4GeS4N Li3.95GeZn0.05S4、Li4SiS4' Li3.4Si0.4P0.6S4、Li4.8Si0.2Al0.8S4、Li3.25P0.95S4O優選的，所述電極材料包括鋰過渡金屬磷酸鹽、過渡金屬氧化物、單質硫、硫基化合物及復合材料、金屬硫化物、石墨、石墨烯和氧化石墨烯的一種或幾種。優選的，所述硫化物電解質的粒徑為I?990nm。優選的，所述電極材料與硫化物電解質的質量比為(99?10): (I?90)。本專利技術提供一種復合電極材料的制備方法，包括以下步驟:A)將合成硫化物電解質的原料和電極材料在溶劑中混合，進行反應，得到反應混合物，所述硫化物電解質的化學式為式(I)?(III)中的一種或幾種；aLi2S.(100-a-c)XbSn.cY (I);0〈a〈100，b 為 0、1 或 2，n 為 2b 或 2b+l，0 ( c〈100_a，X 為 B3+、P3+、P5+、Si4+或 Ge 4+，Y為 Li 1、LiBr、Li3PO4' Li4S14' P205、GeS2M P 2S3;Li10+a, X 1+a, P2 a, S12 (II);V選自第三、第四或第五主族元素中的一種或幾種；O^a1 ^ I ；Li4a" X" ! b, Y' b, S4 (III)；X"選自Si，Ge中的一種，Y'選自P，Al，Zn，Ga中的一種；-1 彡 a"彡 2，O 彡 b' ^ I ；B)將所述步驟A)得到的反應混合物進行減壓蒸餾，得到固體產物；C)將所述步驟B)得到的固體產物在保護氣體氣氛下進行燒結，得到復合電極材料。優選的，步驟A)中的溶劑包括乙腈、四氫呋喃、乙二醇二甲醚和N-甲基甲酰胺中的一種或幾種。優選的，所述步驟A)的反應溫度為20?80°C ;所述步驟A)中反應的時間為I?100小時。優選的，所述步驟C)中燒結的溫度為80?700 °C ；所述步驟C)中燒結的時間為0.1?100小時；所述步驟C)中保護氣體包括氬氣、氮氣和氦氣中的一種或者幾種。本專利技術提供一種全固態鋰電池，包括上述復合電極材料。本專利技術提供了一種復合電極材料，包括電極材料和包覆在所述電極材料上的硫化物電解質，所述硫化物電解質的化學式為式(I)?(III)中的一種或幾種。本專利技術將硫化物電解質包覆在電極材料表面，這種結構能夠有效改善電解質相與電極相界面間離子輸運的界面問題，提高鋰離子在電極材料表面的傳輸效率，減小電解質相與電機相界面間的離子運輸電阻，從而改善電極材料的循環性能和倍率性能。實驗結果表明，以本專利技術中的復合電極材料組裝的全固態鋰電池，在充放電循環50次后，電池比容量由最初的600mAhg 1左右下降到了 550mAhg 1左右，下降程度小，說明本專利技術提供的復合電極材料能夠有效提高全固態鋰電池的電化學性能。【附圖說明】為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例1得到的復合電極材料的SEM圖；圖2為本專利技術實施例1得到的復合電極材料的TEM圖；圖3為本專利技術實施例1得到復合電極材料的Η)Χ圖；圖4為本專利技術實施例1和比較例I中全固態鋰電池的循環性能曲線；圖5為本專利技術比較例I得到的硫化物電解質的SEM圖。【具體實施方式】本專利技術提供了一種復合電極材料，包括電極材料和包覆在所述電極材料上的硫化物電解質；所述硫化物電解質的化學式為式(I)?(III)中的一種或幾種；aLi2S.(100-本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種復合電極材料，包括電極材料和包覆在所述電極材料上的硫化物電解質；所述硫化物電解質的化學式為式(I)～(III)中的一種或幾種；aLi2S·(100?a?c)XbSn·cY?(I)；0<a<100，b為0、1或2，n為2b或2b+1，0≤c<100?a，X為B3+、P3+、P5+、Si4+或Ge4+，Y為LiI、LiBr、Li3PO4、Li4SiO4、P2O5、GeS2或P2S3；Li10+a′X′1+a′P2?a′S12??(II)；X′選自第三、第四或第五主族元素中的一種或幾種；0≤a′≤1；Li4?a″X″1?b′Y′b′S4?(III)；X″選自Si，Ge中的一種，Y′選自P，Al，Zn，Ga中的一種；?1≤a″≤2，0≤b′≤1。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚霞銀，許曉雄，劉登，龍鵬，彭剛，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33
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