[發明專利]一種O2-

有效

• 申請號: 201810284292.4
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108511795B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 朱黎霞;趙志陽;王效聰;袁康;張洪;王紅飛;蘇洲
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發明公開了一種O^2?和F^?協同摻雜的LISICON型固體電解質材料及其制備方法。該固體電解質材料為鋰鍺磷硫氧氟材料，其化學式為Li₁₀GeP₂S_12?x?yO_xF_y，其中，1≤x≤3，0.5≤y≤1.5；其制備方法為先進行研磨，然后燒結、保溫，緩慢冷卻至室溫即得到該材料。該固體電解質材料在室溫條件下的離子電導率大于2×10^?5S/cm^?1，并且化學性質穩定，是一種優良的固體電解質材料，可以應用于全固態鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及全固態鋰離子電池領域，尤其涉及一種LISICON型鋰離子固體電解質材料及其制備方法。

背景技術

目前，全球范圍內出現了比較嚴重的生態問題，比如傳統化石能源日益匱乏、日益嚴重的環境污染以及全球溫室效應等突出問題。因此，當務之急就是加速發展清潔能源，建立高效、清潔、經濟、安全的能源體系，降低汽車及工業對化石能源的依賴，實現新能源的可持續發展。而鋰離子電池具有能量密度高、輸出電壓高、使用壽命長、對環境友好等優勢，因而成為不可替代的優良儲能設備。近年來，鋰離子電池的發展集中在兩個方面；一是作為汽車、航天航空設備上的動力電源和大型的儲能設備，二是應用于智能手機、微型傳感器、微電子系統等微型集成電子器件中。而這些高端產品的出現，就會對鋰離子電池提出了高安全性、長循環壽命、高能量密度、高功率密度、價格低廉的新要求，其中安全性問題尤其關鍵。

商用鋰離子電池一般采用有機液態電解質和凝膠態電解質，不可避免的在電池體系中引入了易燃易爆、易揮發、易泄露的有機液體，給電池體系帶來嚴重的安全隱患。若以固態電解質取代傳統有機電解液制備固態電池，有望從根本上解決鋰離子電池的安全問題。為推進高安全、高儲能電池的產業化進程，在更高能量和功率密度的全固態鋰離子電池的研究開發中，關鍵材料(固態電解質、正極和負極)的研發和制備是至關重要的一環。因此研究開發具有高電導率的固態電解質材料，是解決目前商業化電池不安全問題的有效措施。

目前的無機固體電解質主要分為氧化物類和硫化物類固體電解質，對已報道的固態電解質材料來看，普遍存在性能差的缺點。主要體現在：(1)在室溫條件下的離子電導率一般較低；(2)電化學窗口較低，一般不高于5V；(3) 制備工藝要求復雜，無法大規模生產。

發明內容

本發明提供一種O^2-和F^-協同摻雜的LISICON型固體電解質材料及其制備方法，該固體電解質材料的離子電導率高、化學性質穩定，同時解決目前商業化電池不安全的問題。

該O^2-和F^-協同摻雜的LISICON型固體電解質材料為晶態結構，其化學式為Li₁₀GeP₂S_12-x-yO_xF_y，其中，1≤x≤3，0.5≤y≤1.5。

優選的：x＝1或2或3，y＝0.5或1.0或1.5；最佳方案為：x＝2，y＝1.0。

該O^2-和F^-協同摻雜的LISICON型固體電解質材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將Li₂S、P₂S₅、GeS₂、Li₂O和LiF按照(5-x-y)：1：1：x：y的摩爾比混合并研磨，其中，1≤x≤3，0.5≤y≤1.5；

(2)將步驟(1)中磨好的粉體裝入坩堝中，密封轉移至真空氣氛管式電阻爐中，經煅燒保溫一段時間后自然冷卻，即得到所述固體電解質材料。

更進一步地，步驟(1)中研磨采用順逆時針交替運行，持續研磨1h。