[發明專利]一種硫化物固體電解質、其制備方法及全固態鋰二次電池

有效

• 申請號: 201810047984.7
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108258303B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 陳少杰;劉高瞻;謝東九;許曉雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;C01G30/00;C01G9/00
• 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

本發明提供了一種硫化物固體電解質，具有式I或式II所示的化學式：Li_3+3xP_1?xZn_xS_4?xO_x式I；Li₃P_1?xSb_xS_4?2.5xO_2.5x式II；其中，0.01≤x≤0.05。本申請通過將一定量ZnO或Sb₂O₅對硫化物固體電解質材料Li₃PS₄進行雙摻雜改性，不僅可以提高改性后硫化物固體電解質的空氣穩定性，而且有利于提高鋰離子電導率。本發明還提供了一種硫化物固體電解質的制備方法和一種全固態鋰二次電池。

技術領域

本發明屬于鋰子電池技術領域，尤其涉及一種硫化物固體電解質、其制備方法及全固態鋰二次電池。

背景技術

能源危機和環境污染已經日益成為制約人類社會可持續發展的突出問題，開發和利用綠色清潔能源顯得越來越緊迫。電化學儲能技術對于太陽能、風能等間歇式清潔可再生能源的利用至關重要，同時也是零排放純電動汽車的核心。因此，開發高效、安全、容量大、服役壽命長，且能在使用時穩定釋放能量的儲能裝置具有重要意義。鋰離子電池因其能量密度高、使用壽命長等特點被視為最具競爭力的電化學儲能技術之一。

然而，現有鋰離子電池由于采用易燃有機液體電解質，存在泄漏、腐蝕、燃燒乃至爆炸等安全隱患。目前，隨著動力電池、智能電網儲能等技術的發展，鋰離子電池的安全性能要求被進一步提高。以安全性良好的無機固體電解質取代傳統有機液體電解質的全固態鋰電池是解決鋰離子電池安全問題的有效途徑。除此以外，它能完全取代鋰電池中的隔膜，從而進一步簡化電池的結構，提高電池能量密度，方便其生產與使用，突破電池形狀的限制，同時降低電池生產成本，具有極大的應用潛力。

與其它無機固體電解質材料相比，thio-LISICON結構的硫化物固體電解質室溫電導率相對較高，且具有寬的電化學窗口，可應用于全固態鋰二次電池。然而，大部分硫化物固體電解質空氣穩定性不佳，與空氣接觸后極易發生潮解，生成硫化氫氣體，故使用過程必須在密閉條件下進行，增加了電池的制備和使用成本。此外，目前無機硫化物電解質電導率仍需要進一步提高以滿足鋰電池實際工作的需要，因此，制備有較高鋰離子電導率、空氣穩定的固態電解質是使全固態鋰二次電池得到實際應用的關鍵所在，改善硫化物固體電解質材料的空氣穩定性具有實用價值，對發展各類高能量密度、長循環的全固態鋰二次電池技術具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硫化物固體電解質、其制備方法及全固態鋰二次電池，本發明中的硫化物固體電解質導電率高、空氣穩定性良好。

本發明提供一種硫化物固體電解質，具有式I或式II所示的化學式：

Li_3+3xP_1-xZn_xS_4-xO_x式I；Li₃P_1-xSb_xS_4-2.5xO_2.5x 式II；

其中，0.01≤x≤0.05。

優選的，所述x為0.01、0.02、0.03、0.04或0.05。

本發明提供一種硫化物固體電解質的制備方法，包括以下步驟：

A)將摩爾比為3:1的Li₂S和P₂S₅與金屬氧化物混合研磨，得到初料；所述金屬氧化物為氧化鋅或氧化銻；

所述金屬氧化物為氧化鋅，Li₂S、P₂S₅和氧化鋅的摩爾比為(3+3x)：(1-x)：x；