[發明專利]硫化物電解質材料及其制備方法與全固態鋰二次電池

有效

• 申請號: 201310536009.X
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103531849A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 許曉雄;邱志軍;彭剛;官亦標;金翼
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國科學院寧波材料技術與工程研究所;中國電力科學研究院;國網浙江省電力公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0562
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及硫化物電解質材料其制備方法與全固態鋰二次電池。

背景技術

當前，鋰二次電池在日常生活中得到了廣泛應用，成為社會不可分割的一部分。鋰二次電池具有輸出功率大、能量密度高、使用壽命長、平均輸出電壓高、自放電小、無記憶效應、可快速充放電、循環性能優越與無環境污染等優點，成為當今用于便攜式電子產品的可充電電源的首選對象，也被認為是最具競爭力的車用動力電池。鋰二次電池分為液態鋰二次電池和固態鋰二次電池。其中，固態鋰二次電池是指電池各單元包括正極、負極以及電解質，全部采用固態材料的鋰二次電池，因此固態鋰二次電池又稱全固態鋰二次電池。由于全固態鋰二次電池具有液態鋰二次電池不可比擬的安全性，并有望徹底消除使用過程中的安全隱患，更符合電動汽車和規模儲能領域未來發展的需求。

全固態鋰二次電池按照采用的電解質材料可分為兩大類，一類是全固態無機電解質鋰離子電池，其采用無機固體化合物作為電解質；另一類是全固態聚合物鋰離子電池，其采用聚合物作為電解質。全固態聚合物鋰離子電池易于小型化、可塑性強、可制成各種形狀，但使用溫度范圍窄、鋰離子電導率低、易結晶、電極和電解質界面難以控制等缺點制約了其在工業化方面尤其是在動力和儲能領域的發展。全固態無機電解質鋰離子電池具有超長的循環性能以及制備方法簡單、成本低、安全性高、機械強度高、使用溫度范圍寬等優點，既可以大規模制備以滿足大尺寸電池的需求，又可以制作成薄膜，使電池小型化。無機固體電解質由于同時具有較好的物理化學性能、優越的電化學穩定性和良好的離子電導率等諸多優點，是最有希望應用于產業化的固體電解質材料。

固體電解質是全固態鋰二次電池的核心，專利號為CN103003890A的中國專利公開了一種由Li₂S和P₂S₅組成的玻璃硫化物電解質，其離子電導率僅為10^-4S·cm^-1，離子電導率較低，而固體電解質材料要應用于實際生活，離子電導率需達到10^-3S·cm^-1左右。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種離子電導率較高的硫化物電解質材料。

有鑒于此，本發明提供了一種如式（Ⅰ）所示的硫化物電解質材料，

75Li₂S·（25-x）P₂S₅·xLi₃PO₄???（Ⅰ）；

其中，0＜x＜25。

優選的，0≤x≤10。

本發明還提供了一種如式（Ⅱ）所示的硫化物電解質材料，

（100-x）（75Li₂S·25P₂S₅）·xLi₃PO₄???（Ⅱ）；

其中，0＜x＜40。

優選的，1≤x≤20。

本發明還提供了上述方案中所述硫化物電解質材料的制備方法，包括以下步驟：

將Li₂S、P₂S₅與Li₃PO₄按照摩爾比75：（25-x）：x混合后研磨，然后進行熱處理，得到如式（Ⅰ）所示的硫化物電解質材料；

75Li₂S·（25-x）P₂S₅·xLi₃PO₄???（Ⅰ）；

其中，0＜x＜25。

優選的，所述研磨為高能球磨，所述高能球磨的時間為0～40h。

優選的，所述熱處理的溫度為100～350℃。

本發明還提供了上述方案中所述硫化物電解質材料的制備方法，包括以下步驟：

將Li₂S與P₂S₅按照摩爾比75:25混合并研磨，得到第一初料；

將所述第一初料與Li₃PO₄按照摩爾比（100-x）：x混合并研磨，得到第二初料；

將所述第二初料進行熱處理，得到如式（Ⅱ）所示的硫化物電解質材料；