[發明專利]鋰離子導電硫化物類固體電解質及使用其的全固態電池

有效

• 申請號: 201610757259.X
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN106876782B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張容準;成柱詠;李庸誠;李豪澤;金炯哲;李鐘鎬;鄭熏基;趙秀英;李尹圣
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;韓國科學技術研究院
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01B1/10;H01M10/052
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

本發明涉及鋰離子導電硫化物類固體電解質及使用其的全固態電池。公開了包含硫化鎳的鋰離子導電硫化物類固體電解質，并且因此，固體電解質可以獲得新型結構和性能。更具體地，硫化物類固體電解質包含按mol％計的特定比率的硫化鋰(Li₂S)、五硫化二磷(P₂S₅)和硫化鎳(Ni₃S₂)，并且由于鎳(Ni)而表現出新型晶體結構。因此，硫化物類固體電解質具有比常規的硫化物類固體電解質更大的鋰離子導電性以及穩定的晶體結構。

技術領域

本發明涉及可以包含硫化鎳的鋰離子導電硫化物類固體電解質，以及因此提供了新型結構和性能的全固態電池。

背景技術

二次電池已經廣泛地用于小型裝置，如移動式電話、可攜式攝像機、和筆記本，以及大型裝置，如車輛和儲能系統。因此，由于可以將二次電池應用于各種區域，因此已經增強了對于電池的安全性和高性能的要求。

與鎳-錳電池或鎳-鎘電池相比，鋰二次電池，一種類型的二次電池，具有如每單位面積高能量密度和容量的優點。

然而，在常規的鋰二次電池中，最通常使用液體電解質如有機溶劑。因此，與安全性相關的問題，如由于泄漏電解質的著火風險，可能持續地升高。

最近，為了增強安全性，已經越來越關注使用無機固體電解質代替有機液體電解質作為電解質的全固態電池。例如，固體電解質具有不燃性或阻燃性，從而，可以比液體電解質更安全。

固體電解質可以包含氧化物類固體電解質以及硫化物類固體電解質。與氧化物類固體電解質相比，硫化物類固體電解質具有高的鋰離子導電性。此外，由于優異的延展性，硫化物類固體電解質具有高加工柔性，從而被各種各樣地使用。

例如，已經將化合物如Li₃PS₄和Li₇P₃S₁₁主要地用作硫化物類固體電解質。然而，與液體電解質相比，這些化合物可能具有更小的鋰離子導電性。

在相關技術中，美國專利號2014-0193693已經公開了可以將元素如鋁(Al)、硅(Si)、鐵(Fe)、鎳(Ni)和鋯(Zr)添加至硫化物類固體電解質如硫代-LISICON，以便增加鋰離子導電性。然而，在硫化物類固體電解質中，可能限制表現出高鋰離子導電性的硫(S)、鋰(Li)和磷(P)的組成比的范圍。此外，當添加元素時，鋰離子導電性可以增加，然而，在元素硫(S)、鋰(Li)和磷(P)之中，還沒有表明數量相互關系等。

在本發明的背景部分中公開的以上信息僅用于加強對本發明的背景的理解，并且因此它可以包含不構成在該國家中對本領域普通技術人員來說已知的現有技術的信息。

發明內容

在優選的方面中，與常規的電解質相比，本發明可以開發表現出更大的鋰離子導電性的硫化物類固體電解質。

此外，本發明提供了具有不同于常規的硫化物類固體電解質的晶體結構的硫化物類固體電解質。進一步地，本發明可以提供具有高晶體穩定性的硫化物類固體電解質。還提供了在寬范圍的組成比中表現出1mS/cm或更大的高鋰離子導電率的硫化物類固體電解質。

本發明的范圍不可能限于上述內容。通過以下描述將闡明本發明并且通過在所附權利要求和其組合中公開的方式實現本發明。

為了實現本發明的目標，包括以下實施方式。

在本發明的一方面，提供了可以包含按mol％計Y:(1-X)(100-Y):X(100-Y)的比率的硫化鋰(Li₂S)、五硫化二磷(P₂S₅)和硫化鎳(Ni₃S₂)的鋰離子導電硫化物類固體電解質。