[發明專利]一種無機硫化物電解質的制備方法

在審

• 申請號: 201710249899.4
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107195955A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 白永平;白楊;孟令輝;陳國榮;趙彥彪;李衛東;席丹;殷曉芬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學無錫新材料研究院;無錫海特新材料研究院有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0562
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及電解質領域，具體涉及一種無機硫化物電解質的制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池是目前綜合性能最強的電池體系,具有工作電壓高、比功率及比能量大、循環性好、無記憶效應以及環境友好等優點，廣泛應用于筆記本電腦、移動通訊、數碼攝像機等便攜式電子設備。近年來，隨著電動汽車產業以及規模儲能領域的興起，對鋰離子電池的性能提出了更高的要求，不僅需要鋰離子電池具有高的能量密度和功率密度，還需其具有安全性能高、使用壽命長等特點。然而，目前的液態鋰離子電池尚不能滿足人們對下一代鋰電池的性能需求，其中最突出的一點是安全性差，由于電解液泄露所引發的電子產品燃燒爆炸的事件時有發生。此外，電解液與電極材料在充放電過程中會發生副反應，導致電池容量出現不可逆衰減，同時也會帶來漏液、脹氣等問題。研究者們曾嘗試在電解液中加入添加劑等方式對有機電解質進行改進，以期解決鋰離子電池的安全性問題，雖然取得了一定成效，但并沒有從根本上消除其安全性問題，鋰離子電池的安全性問題成為了其在大容量儲能和動力電池應用方面的最大障礙。

為消除以上鋰離子電池在電子產品以及汽車行業應用的障礙，發明更安全的全固態鋰離子電池迫在眉睫，全固態鋰二次電池具有比常規液態鋰離子電池更高的比能量，且電池中不含有液態電解質成分，對解決液態鋰離子電池在非常規環境下可能產生的漏液、易燃、易爆等安全性問題，具有重要意義。固體電解質材料是全固態鋰二次電池的核心，具有低的電子導電性、較高的離子導電性和低活化能。固體電解質材料中只有鋰離子可以流動，鋰離子通過電解質中的間隙和或空穴位置進行遷移傳導。利用無機固體電解質組裝的全固態鋰離子電池具有寬的電化學穩定窗口以及極高的安全性。同時固體電解質材料還起到了隔膜的作用，從而簡化了電池的結構，無需在保護氣氛下進行電池的封裝，降低了鋰離子電池的制作成本。此外，固體電解質材料較之固態聚合物電解質具有更高的機械性能，發展全固態電池，還有利于電池產品形狀的多樣化、微型化。

目前固態電解質主要存在的問題是離子電導率過低，因此尋找具有高離子電導率的固態電解質成為全固態鋰離子電池能否制作的關鍵，當下，由日本科學家Yuki Kato^[1]等人制備的Li_9.54Si_1.74P_1.44S₁₁.7Cl_0.3，具有較高的離子電導率，該種電解質同之前由日本科學家Noriaki Kamaya發明的Li₁₀GeP₂S₁₂為同一構型電解質，同為體心結構，具有三維離子傳輸通道。但由于這兩種電解質所用原材料價格高昂，工業化應用受到限制。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種無機硫化物電解質，其制備方法簡單、所用原料更為低價、且離子電導率高。

具體地，本發明提供一種無機硫化物電解質的制備方法，其特征在于，所述無機硫化物電解質為Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3，其以Si、S、Li₂S、P₂S₅以及LiCl為原料，經混合、球磨、燒結制成。

根據如上所述的制備方法，各原料的重量比為：Si 0.0896重量份、LiCl0.0234重量份、Li₂S 0.3891重量份、P₂S₅ 0.2932重量份、單質S 0.2048重量份。

根據如上所述的制備方法，其具體包括下述步驟：

(1)將各重量份的各原料加入真空球磨罐中球磨，在360-380rpm的轉速下球磨35-45小時，其中每球磨50-60分鐘，球磨機停止冷卻10分鐘；

(2)將充分球磨后的原料取出，放置于密閉容器，并抽真空使容器內壓強保持在10Pa以下；將該容器置于管式爐中，調節溫控程序為升溫速率8-12℃/min，升溫至470-480℃，保溫8-10h，自然冷卻至室溫；

(3)在手套箱中取出產物，并將粉末狀產物置于模壓中，密封取出，并在150-300MPa壓強下壓片20-40min；