[發明專利]一種硫基電解質溶液及其在固態鋰電池中的應用

在審

• 申請號: 201610555329.3
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN107591563A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 黃杰;李泓;陳立泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/058
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司11280
• 代理人: 郭廣迅

本發明提供一種硫基電解質溶液，其中，所述硫基電解質溶液包含可溶性多硫化物和有機溶劑，其中，所述可溶性多硫化物的化學式為S_y(Li₂S)_100?x?y?z(LiX)_z(P₂S₅)_x，其中，X為Cl、Br和I中的一種或多種，15≤x≤90，0≤y≤80，0≤z≤60，并且x?10≤100?x?y?z≤x+10；以及其中，所述可溶性多硫化物在所述硫基電解質溶液中的質量濃度為0.1％?40％。本發明還提供了采用硫基電解質溶液制備固態鋰電池的方法以及制備的固態鋰電池。

技術領域

本發明屬于電化學和新能源材料技術領域，具體涉及一種硫基電解質溶液及其在固態鋰電池中的應用。

背景技術

近年來，快速發展的電動汽車和儲能行業對鋰離子電池能量密度、成本、循環性和安全性提出了更高的要求。

金屬鋰負極被認為是第四代負極，具有最高可達3860mAh/g的容量和較低的沉積電位(-3.04V)。采用金屬鋰做負極能夠將電池能量密度提高到300wh/kg，可以有效緩解電動汽車的里程焦慮，同時也能采用無鋰正極，降低電池成本。

金屬鋰作為負極的核心問題在于負極體積的無限膨脹。此外，金屬鋰作為負極還存在以下問題：充電過程中鋰沉積不均勻，局部大量的鋰沉積會加速體積膨脹，從而導致固體電解質層(SEI)破裂；形成鋰枝晶，枝晶容易穿透隔膜造成的短路；枝晶具有較高化學反應的活性，容易與電解液反應，消耗電解液；以及枝晶根部鋰的溶解脫出，容易使枝晶斷裂，形成死鋰，造成電池庫能效率低。

目前保護金屬的常用的方法包括使用氧化物、硫化物固體電解質、聚合物固體電解質、液體成膜添加劑，以及對金屬鋰結構進行修飾降低有效電流密度和體積膨脹等方法。

成膜添加劑雖然可以有效地提高電池的庫能效率、抑制鋰枝晶生長，但是當成膜添加劑耗盡時，鋰沉積不均勻，SEI仍會破裂，枝晶會繼續生長。

聚合物固體電解質雖然有一定柔性，能抑制鋰枝晶生長，但其電導率較低，電池內阻較大。

由于固體電解質具有較寬的電化學窗口、化學環境穩定、不揮發、不易燃等優點，固體電解質的使用杜絕了金屬鋰負極和溶液的副反應。然而，固體電解質雖然能阻擋鋰枝晶的生長，但無法提高電池能量密度。

氧化物電解質膜易碎，不易做成高容量的電池。

特別地，硫化物固體電解質具有較高的電導率和較柔軟。通過冷壓就可以制備出較好的復合正極，但正極和硫化物固體電解質很難混合均勻(硫化物固體電解質在正極表面通常以顆粒的形式存在)，并且常規的硫化物固體電解質制備條件高、空氣穩定性差。

因此，如何使正極和硫化物固體電解質有效地接觸以及如何更加快捷地制備含有已知的硫化物電解質的固態鋰電池仍是目前面臨的主要問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種硫基電解質溶液及其在固態鋰電池中的應用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

第一方面，本發明提供了一種硫基電解質溶液，其中，所述硫基電解質溶液包含可溶性多硫化物和有機溶劑，其中，所述可溶性多硫化物的化學式為S_y(Li₂S)_100-x-y-z(LiX)_z(P₂S₅)_x，其中，X為Cl、Br和I中的一種或多種，15≤x≤90，0≤y≤80，0≤z≤60，并且x-10≤100-x-y-z≤x+10；以及其中，所述可溶性多硫化物在所述硫基電解質溶液中的質量濃度為0.1％-40％。