[發(fā)明專利]用于全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811410147.2
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109942008B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 成柱詠;張容準;吳必建;尹龍燮;林栽敏;金思欽;閔泓錫
• 申請（專利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;C01D15/00;C01D15/04;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

公開了一種用于全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)及其制備方法。具體地，固體電解質(zhì)可以具有硫銀鍺礦型晶體結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種用于全固態(tài)電池(all-solid battery，全固體電池)的固體電解質(zhì)及其制備方法。固體電解質(zhì)可以具有硫銀鍺礦型(argyrodite-type)晶體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

二次電池已廣泛用于大型裝置(諸如車輛和電力存儲系統(tǒng))中和小型裝置中，諸如移動電話、便攜式攝像機、膝上型計算機等。

隨著二次電池的應用領域已經(jīng)擴展，對于電池的改進的安全性和性能而言存在不斷增長的需求。例如，與鎳-錳電池或鎳-鎘電池相比，鋰二次電池具有較高的能量密度和較大的容量每單位面積。

然而，常規(guī)的鋰二次電池中所用的大多數(shù)電解質(zhì)是包括有機溶劑的液體電解質(zhì)。因此，已經(jīng)不斷提出了諸如電解質(zhì)泄漏和由其導致的火災風險等安全性問題。

近年來，為了提高安全性，代替液體電解質(zhì)將固體電解質(zhì)用作電解質(zhì)的全固態(tài)電池已經(jīng)引起注意。由于固體電解質(zhì)是非易燃的或阻燃的，因此固體電解質(zhì)可以比液體電解質(zhì)更安全。

固體電解質(zhì)可以包括氧化物類(oxide-based，基于氧化物的)固體電解質(zhì)和硫化物類(sulfide-based，基于硫化物的)固體電解質(zhì)。硫化物類固體電解質(zhì)可以是有利的，因為其具有較高的鋰離子電導率，并且與氧化物類固體電解質(zhì)相比可以在較寬的電壓范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。

例如，在相關技術(shù)中，硫化物類固體電解質(zhì)已經(jīng)通過將Li₂S和P₂S₅進行混合和玻璃化來制備。常規(guī)地，硫化物類固體電解質(zhì)已經(jīng)使用如上所述的化合物形式的起始材料來制備。化合物形式的起始材料諸如Li₂S是約500萬won/kg(5million won/kg，5,000,000won/kg，5百萬韓元/千克)，因此其材料成本非常高。再者，近年來，已經(jīng)嘗試通過將諸如GeS₂的化合物與Li₂S和P₂S₅混合來改進硫化物類固體電解質(zhì)，由此進一步增加了材料成本。較高的材料成本是響應于對高容量能量存儲技術(shù)的需求而增加電池面積的障礙。

發(fā)明內(nèi)容

在優(yōu)選方面中，本發(fā)明提供了一種固體電解質(zhì)及其制備方法。優(yōu)選地，用于制備固體電解質(zhì)的起始材料可以包括一種或多種單質(zhì)(single element，單一元素)，而不是化合物。如此處所用的術(shù)語“單質(zhì)”指的是由一種類型或單一類型的元素(諸如硫、磷等)構(gòu)成的材料。例如，硫的單質(zhì)材料僅由S原子構(gòu)成，其可以以各種不同的化學式(諸如S₆、S₇、S₈、S₁₂等)來形成。磷的單質(zhì)材料僅由P原子構(gòu)成，其可以以各種不同的化學式(諸如P₂、P₄等)來形成。

因此，本發(fā)明的固體電解質(zhì)可以具有高鋰離子導電率的硫銀鍺礦型晶體結(jié)構(gòu)。

此外，固體電解質(zhì)可以促進電池面積的增加。

本發(fā)明的這些方面不限于前述內(nèi)容，并且將能夠通過以下描述來清楚地理解并通過本發(fā)明中所描述的方式及其組合來實現(xiàn)。

在本發(fā)明的一方面中，提供了一種用于全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)，其可以包括源自硫單質(zhì)(elemental sulfur，單質(zhì)硫，元素硫)粉末的硫(S)元素、源自磷單質(zhì)(elementalphosphorus，單質(zhì)磷，元素磷)粉末的磷(P)元素、源自鋰單質(zhì)(elemental lithium，單質(zhì)鋰，元素鋰)粉末的鋰(Li)元素以及源自鹵素化合物粉末的鹵素元素。優(yōu)選地，固體電解質(zhì)可以具有硫銀鍺礦型晶體結(jié)構(gòu)。