本發(fā)明涉及鋰硫電池，特別涉及一種硫化鋰制備方法。

背景技術(shù)：

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，智能手機(jī)、無人機(jī)、新能源汽車等大量普及，對(duì)電池的能量密度和安全性的要求越來越高，而傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池存在電解液泄露和易燃的風(fēng)險(xiǎn)，其能量密度也需要進(jìn)一步提升。而作為全固態(tài)電池的路線之一硫化物固體電解質(zhì)，其具有高離子電導(dǎo)率、良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)受到相關(guān)研發(fā)的青睞。硫化鋰作為硫化物固體電解質(zhì)的重要原料之一，目前市場(chǎng)上售價(jià)較高，成為降低硫化物固體電解質(zhì)成本的巨大障礙。

2、目前制備硫化鋰常見方法為直接反應(yīng)法、液相法和碳還原法等，其中直接反應(yīng)法是指將金屬鋰和單質(zhì)硫直接混合，在一定溫度和壓強(qiáng)下金屬鋰和單質(zhì)硫直接進(jìn)行反應(yīng)制備硫化鋰(如專利cn113788458a)，優(yōu)點(diǎn)是無溶劑參與，缺點(diǎn)是設(shè)備要求高；液相法是鋰/鋰化合物和硫/硫化合物在溶劑介質(zhì)中混合反應(yīng)制備硫化鋰(如專利cn112678781a)，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，操作性強(qiáng)，能耗低，缺點(diǎn)成本較高；碳還原法是指在硫酸鋰材料中加入強(qiáng)還原性的碳制備硫化鋰(如專利cn117509686a)，優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)更加溫和，缺點(diǎn)是產(chǎn)品穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生碳酸鋰等雜質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N硫化鋰制備方法，本申請(qǐng)采用電化學(xué)方法和全固態(tài)電池制備硫化鋰，在反應(yīng)過程中減少了有機(jī)溶劑的參與，整體過程為全固相化學(xué)變化，安全性高，有利于提高硫化鋰的制備純度。具體制備方法如下：

2、一種硫化鋰制備方法，以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；

3、所述金屬鋰或鋰合金在所述負(fù)極反應(yīng)得到金屬鋰離子，所述碳硫復(fù)合物在所述正極反應(yīng)得到硫離子；

4、所述金屬鋰離子通過所述固態(tài)電解質(zhì)膜傳送至所述正極，與所述硫離子反應(yīng)得到硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物。

5、在一些具體的實(shí)施方式中，所述以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，包括：

6、s1：稱取一定量的固態(tài)電解質(zhì)，壓制成所述固態(tài)電解質(zhì)膜；

7、s2：在所述固態(tài)電解質(zhì)膜的一端放入所述碳硫復(fù)合物，壓制所述所述碳硫復(fù)合物；

8、s3：在所述固態(tài)電解質(zhì)膜的另一端放入所述金屬鋰或鋰合金，壓制所述金屬鋰或鋰合金；

9、s4：將所述所述電化學(xué)工作站的正極與所述碳硫復(fù)合物一端連接，將所述電化學(xué)工作站的負(fù)極與所述金屬鋰或鋰合金一端連接；

10、s5：通過所述電化學(xué)工作站放電，激活所述金屬鋰或鋰合金和所述碳硫復(fù)合物進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。

11、在一些具體的實(shí)施方式中，所述金屬鋰離子通過所述固態(tài)電解質(zhì)膜傳送至所述正極，與所述硫離子反應(yīng)得到硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物以后，包括：

12、s1：將所述硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物溶解于無水乙醇得到溶液；

13、s2：將所述溶液進(jìn)行抽濾得到濾液；

14、s3：將所述濾液進(jìn)行旋蒸烘干得到硫化鋰粉末；

15、s4：將所述硫化鋰粉末在惰性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，得到硫化鋰最終產(chǎn)物。

16、在一些具體的實(shí)施方式中，所述碳硫復(fù)合物中的碳為導(dǎo)電碳管、碳黑、石墨、導(dǎo)電碳中的至少一種。

17、在一些具體的實(shí)施方式中，所述金屬鋰為金屬鋰片或金屬鋰粉末；所述鋰合金為鋰合金片或鋰合金粉末。

18、在一些具體的實(shí)施方式中，所述固態(tài)電解質(zhì)膜為硫化物li?10gep2s12、li3ps4、li6ps5x(x＝br、c?l、i)、li7p2s8i中的至少一種。

19、在一些具體的實(shí)施方式中，所述電化學(xué)工作站施加的電流為1μa～5ma的恒定電流。

20、在一些具體的實(shí)施方式中，所述固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度為0.5～5mm。

21、在一些具體的實(shí)施方式中，所述碳硫復(fù)合物中的硫含量為10％～85％。

22、在一些具體的實(shí)施方式中，所述固態(tài)電解質(zhì)、碳硫復(fù)合物和金屬鋰或鋰合金的壓制步驟s1、s2和s3采用反應(yīng)裝置進(jìn)行壓制；其中，所述反應(yīng)裝置包括套筒300、第一塞頭201和第二塞頭202，所述第一塞頭201和第二塞頭202套設(shè)于所述套筒300兩端；所述壓制包括：

23、將所述固態(tài)電解質(zhì)裝入所述套筒300，套入所述第一塞頭201和第二塞頭202，放入壓機(jī)下進(jìn)行第一次加壓；其中，所述第一次加壓的壓力為0.5～50mpa；

24、完成所述第一次加壓后，取出所述第一塞頭201，將所述碳硫復(fù)合物裝入所述套筒300，套入所述第一塞頭201，放入所述壓機(jī)下進(jìn)行第二次加壓；其中，所述第二次加壓的壓力為0.5～30mpa；

25、完成所述第二次加壓后，取出所述第二塞頭202，將金屬鋰或鋰合金放入套筒300，套入所述第二塞頭202，放入所述壓機(jī)下進(jìn)行第三次加壓；其中，所述第三次加壓的壓力為0.5～5mpa。

26、采用上述技術(shù)方案，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N硫化鋰制備方法具有如下有益效果：

27、本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種硫化鋰制備方法。本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N硫化鋰制備方法，以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；金屬鋰或鋰合金在負(fù)極反應(yīng)得到金屬鋰離子，碳硫復(fù)合物在正極反應(yīng)得到硫離子；金屬鋰離子通過固態(tài)電解質(zhì)膜傳送至正極，與硫離子反應(yīng)得到硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物。本申請(qǐng)采用電化學(xué)方法和全固態(tài)電池制備硫化鋰，在反應(yīng)過程中減少了有機(jī)溶劑的參與，整體過程為全固相化學(xué)變化，安全性高，有利于提高硫化鋰的制備純度。

技術(shù)特征：

1.一種硫化鋰制備方法，其特征在于，以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述金屬鋰離子通過所述固態(tài)電解質(zhì)膜傳送至所述正極，與所述硫離子反應(yīng)得到硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物以后，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述碳硫復(fù)合物中的碳為導(dǎo)電碳管、碳黑、石墨、導(dǎo)電碳中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述金屬鋰為金屬鋰片或金屬鋰粉末；所述鋰合金為鋰合金片或鋰合金粉末。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜為硫化物li?10gep2s12、li3ps4、li6ps5x(x＝br、cl、i)、li7p2s8i中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述電化學(xué)工作站施加的電流為1μa～5ma的恒定電流。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度為0.5～5mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述碳硫復(fù)合物中的硫含量為10％～85％。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種硫化鋰制備方法，其特征在于，所述步驟s1、s2和s3采用反應(yīng)裝置進(jìn)行壓制；其中，所述反應(yīng)裝置包括套筒(300)、第一塞頭(201)和第二塞頭(202)，所述第一塞頭(201)和第二塞頭(202)套設(shè)于所述套筒(300)兩端；所述壓制包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種硫化鋰制備方法。本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N硫化鋰制備方法，以金屬鋰或鋰合金為負(fù)極，以碳硫復(fù)合物為正極，以固態(tài)電解質(zhì)膜為電解質(zhì)層，通過電化學(xué)工作站放電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；金屬鋰或鋰合金在負(fù)極反應(yīng)得到金屬鋰離子，碳硫復(fù)合物在正極反應(yīng)得到硫離子；金屬鋰離子通過固態(tài)電解質(zhì)膜傳送至正極，與硫離子反應(yīng)得到硫化鋰目標(biāo)產(chǎn)物。本申請(qǐng)采用電化學(xué)方法和全固態(tài)電池制備硫化鋰，在反應(yīng)過程中減少了有機(jī)溶劑的參與，整體過程為全固相化學(xué)變化，安全性高，有利于提高硫化鋰的制備純度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙力達(dá),周永建,張瑩瑩,顧靜和,黃曉,張秩華,周劍光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中汽創(chuàng)智科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6