[發明專利]用于固體電池的基于硫化物的固體電解質制造方法

在審

• 申請號: 201811516166.3
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN110391450A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 成柱詠;閔泓錫;張容準;尹龍燮;吳必建;申東彧;崔善鎬;樸鐘曄
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社;漢陽大學校產學協力團
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發明公開了一種用于全固體電池的固體電解質的制造方法。該方法可以包括：制備包括含有氰基的第一極性有機溶劑和含有羥基的第二極性有機溶劑的溶劑混合物；通過將起始原料例如Li₂S、P₂S₅和LiCl溶解在溶劑混合物中，制備電解質混合物；和通過對電解質混合物進行攪拌，制造固體電解質。該方法還可以包括：通過使溶劑混合物蒸發，使固體電解質沉淀；和對沉淀的固體電解質進行熱處理。具體地，溶劑混合物可以基于起始原料的總重量為大約0.01?0.03wt％的量包括第二極性有機溶劑。

發明領域

本發明涉及制造用于全固體電池的固體電解質的制造方法，該固體電解質可以具有很高的離子電導率，并具有很高的化學和電化學穩定性。

背景技術

隨著智能電話和小型電子裝置的廣泛使用，作為其小型電源的鋰二次電池的開發日益增長，隨著電動車輛的開發，對鋰二次電池的需求進一步增加。

鋰二次電池包括可以發送和接收鋰離子的陰極和陽極，以及負責鋰離子傳輸的電解質。典型的鋰二次電池包括液體電解質，該液體電解質包括溶解在有機溶劑中的鋰鹽，并具有由有機纖維形成的隔板，其用于防止陰極和陽極之間的物理接觸，以防止短路。由于使用可燃性的有機溶劑作為電解質溶劑，在物理損壞導致短路的情況下，極易發生火災和爆炸，事故頻發。

全固體電池(all-solid battery)包括無機固體電解質，該無機固體電解質替代了可燃性液體電解質。無機固體電解質的材料是全固體電池的關鍵元件，其主要包括氧化物和硫化物。尤其是，基于硫化物的固體電解質具有與液體電解質一樣高的離子電導率，可以是最有前途的固體電解質。

近年來，在相關技術中，設計了一種通過在極性有機溶劑中使Li₂S與P₂S₅反應來合成基于硫化物的固體電解質的方法，作為合成基于硫化物的固體電解質的量產工藝。例如，基于硫化物的固體電解質可以通過將起始原料在極性有機溶劑中的溶解和沉淀來合成。盡管固體電解質的性能可能會由于殘留的有機溶劑而變差，但可以得到均勻、精細的固體電解質，并可以保證其大規模生產。

然而，用上述方法制備的固體電解質存在問題。例如，由于其中為了提高離子電導率而在其中過量地含有Li₂S，最終產物中殘留的大量Li₂S可以與水發生反應，或者與鋰的電化學穩定性會變差。溶解沉淀法可能不易用于去除溶解度低的有機殘留物或Li₂S造成的雜質。因此，離子電導率或化學穩定性會由于殘余的Li₂S量而降低。

發明內容

在優選方面，本發明提供了一種制造用于全固體電池的基于硫化物的固體電解質的方法，該固體電解質具有很高的離子電導率，并具有很高的化學和電化學穩定性。

例如，雖然本發明的基于硫化物的固體電解質可以包括殘余量的Li₂S，固體電解質中具有硫銀鍺礦(argyrodite)結構的Li₆PS₅X(X＝Cl，Br，I)在室溫下可以具有相當高的鋰離子電導率10^-2至10^-3S·cm^-1。

本發明還包括經由液相法合成固體電解質。

一方面，提供一種制造用于全固體電池的固體電解質(“基于硫化物的固體電解質”)的方法。該方法可以包括以下步驟：制備包括第一極性有機溶劑和第二極性有機溶劑的溶劑混合物；制備包括起始原料例如Li₂S、P₂S₅和溶劑混合物的電解質混合物；和由電解質混合物制備固體電解質；

上述方法還可以包括以下步驟：使固體電解質沉淀；和對沉淀的固體電解質進行熱處理。