MoS2/硫化物固态电解质复合正极及电池的制备方法与流程

mos2/硫化物固态电解质复合正极及电池的制备方法
技术领域
1.本发明涉及固态电池技术领域，具体的，本发明涉及一种mos2/硫化物固态电解质复合正极材料及电池的制备方法。


背景技术：

2.能源一直是推动社会进步不可或缺的因素之一，随着社会的发展，人类对煤、石油和天然气的需求量越来越大，同时能源危机和环境污染等问题日益突出，因此开发绿色环保、安全无污染并且满足可持续发展的新型能源是人类的重要目标，具有高能量密度，重量轻，循环寿命长同时环境友好的锂离子电池展现出广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益。
3.mos2是一种典型的过渡金属硫化物，是由sp2杂化键构成的，具有类似石墨烯的二维层状结构。mos2具有类石墨烯的层状结构，其单层是由s
‑
mo
‑
s以共价键方式构成类“三明治”六边形，即金属原子mo夹在两个s层之间，层与层之间通过弱的范德华力相连，该结构使得化合物内层作用强，而层之间的相互作用力相对较弱，层之间的空隙可以容许外来物质进入，可以实现与碳材料的良好匹配，是一种性能优异的电极材料，其理论比容量为670mah/g。在1980年代初期，以mos2为正极、金属li为负极的锂金属电池便已实现了商业化，但是由于循环寿命差以及锂枝晶导致的安全性问题而无法实现大规模应用。


技术实现要素：

4.本发明主要在于提供一种mos2/硫化物固态电解质复合正极材料及电池的制备方法，主要是解决以mos2为正极、金属li为负极的锂金属电池无法实现大规模应用的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供的一种mos2/硫化物固态电解质复合正极材料的制备方法包括：
6.将moo3粉与硫化物固态电解质按照一定比例在氩气或氮气氛围内采用机械球磨的方法进行充分混合；
7.将混合物转移到含硫气氛的管式炉中，在高温下进行煅烧，得到mos2/硫化物固态电解质复合正极材料。
8.优选地，所述moo3粉包括超细moo3粉、纳米moo3粉中的一种或两种。
9.优选地，所述moo3粉和所述硫化物固态电解质的质量比为(60～80):(20～40)。
10.优选地，机械球磨时，控制球磨转速为300～800rpm，混合时间0.5～4h。
11.优选地，含硫气氛通过在管式炉中通入h2s或补入单质硫的方式实现。
12.优选地，高温煅烧的温度为550～700℃，煅烧处理为20～60min。
13.为了实现上述目的，本发明提供的一种硫化物全固态电池的制备方法包括以下步骤：
14.按照一定比例将利用上述任一项方法制得的mos2/硫化物固态电解质复合正极材料与导电碳材料进行混合，得到复合正极；
15.通过压片的方式，将复合正极、硫化物固态电解质和负极压制得到硫化物全固态电池，其中，所述负极为金属锂片、锂铟合金片中的至少一种。
16.优选地，所述导电碳材料选自活性炭、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的一种或多种。
17.优选地，mos2/硫化物固态电解质复合正极材料与导电碳材料的质量比为(80～95):(5～20)。
18.优选地，所述硫化物固态电解质包括li6ps5cl、li6ps5br、li7p2s8i、li4ps4i、li7p3s
11
、β
‑
li3ps4、li6ps5cl
x
br1‑
x
、li6ps5cl
y
i1‑
y
、li6ps5br
z
i1‑
z
、li6ps5‑
x
o
x
cl中的一种或几种，其中，x、y、z＝0～1。
19.本发明的技术构思如下：
20.使用固态电解质组装的固态电池一方面可以有效解决液态电解液存在的安全性问题，另一方面固态电解质对锂枝晶的抑制使得金属锂作为负极材料具有更大的可能性。在高温硫化过程中，反应2moo3 7s
→
2mos2 3so2进行，在硫化反应进行的同时，实现生成产物mos2与硫化物固态电解质的充分复合。由于烧结过程在硫化气氛中进行，硫化物电解质不会出现缺硫的现象，因此不会对其电子电导率等造成不利影响。使用硫化物固态电解质与过渡金属硫化物电极材料结合进行全固态电池的装配，利用两者间的适配性，有利于硫化物全固态电池的性能发挥，实现mos2作为正极材料应用的可能性。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
22.在本发明中，创新性的在硫化过程中一步实现了mos2的生成和mos2与硫化物固态电解质的复合；将mos2与硫化物固态电解质进行适配，增加了mos2作为电极材料使用的稳定性；同时，硫化物全固态电池的应用，可以增加电池的安全稳定性。通过该方法，可以发展新型硫化物全固态电池的应用前景。
附图说明
23.下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
24.图1为本发明实施例1中全固态电池的制备流程图；
25.图2为本发明实施例1提供的硫化物全固态电池结构示意图；
26.图3为本发明实施例1得到的mos2/硫化物固态电解质复合正极材料的sem图，由图3可以看出mos2/硫化物固态电解质复合正极材料表面形貌以及颗粒的分布情况。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
28.实施例1
29.请参照图1，
30.(1)将moo3粉与li6ps5cl固态电解质按照质量比为75：25在氩气氛围下混合，放入球磨罐中，在600rpm下球磨混合30min。
31.(2)将球磨后的混合物转移到管式炉中，通过补入单质硫的方法进行硫化，硫化过程条件为650℃下热处理30min，得到mos2/硫化物固态电解质复合正极材料。
32.(3)对所得到的mos2/硫化物固态电解质复合正极进行sem测试，结果如图3。
33.(4)将mos2/硫化物固态电解质复合正极材料与导电炭黑按质量比为92:8进行充分研磨混合。
34.(5)通过压片的方式，将与导电碳材料混合后的复合正极、li6ps5cl和锂片压制得到硫化物全固态电池，请参照图2。
35.(6)使用蓝电测试系统对电池在1.00～3.00v间进行充放电测试。
36.对电池充放电测试结果进行分析，制备的硫化物全固态电池的循环稳定性、倍率性能及容量保持率均优于mos2为正极、金属li为负极的锂金属电池，该结果对于mos2/li电池的进一步发展具有一定的参考意义。
37.实施例2：
38.(1)将moo3粉与li6ps5cl固态电解质按照质量比为80：20在氩气氛围下混合，放入球磨罐中，在300rpm下球磨混合3h。
39.(2)将球磨后的混合物转移到管式炉中，通过补入单质硫的方法进行硫化，硫化过程条件为680℃下热处理20min。
40.(3)将mos2/硫化物固态电解质复合正极与石墨烯按质量比为95:5进行充分研磨混合。
41.(4)通过压片的方式，将与导电碳材料混合后的复合正极、li6ps5cl和锂片压制得到硫化物全固态电池。
42.(5)使用蓝电测试系统对电池在1.00～3.00v间进行充放电测试。
43.实施例3：
44.(1)将moo3粉与li6ps5cl
0.5
br
0.5
固态电解质按照质量比为75：25在氩气氛围下混合，放入球磨罐中，在600rpm下球磨混合30min。
45.(2)将球磨后的混合物转移到管式炉中，通过向管式炉中通入h2s的方法进行硫化，硫化过程条件为650℃下热处理30min。
46.(3)将mos2/硫化物固态电解质复合正极与活性炭按质量比为95:5进行充分研磨混合。
47.(4)通过压片的方式，将与导电碳材料混合后的复合正极、li6ps5cl
0.5
br
0.5
和锂铟合金片压制得到硫化物全固态电池。
48.(5)使用蓝电测试系统对电池在0.4～2.40v间进行充放电测试。