[發(fā)明專利]一種鋰電池的超薄固體電解質(zhì)及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811541867.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109698383A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;廖健淞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于鋰電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種鋰電池的超薄固體電解質(zhì)及制備方法。該方法將Li₂S和P₂S₅加入四氫呋喃中，水浴加熱進(jìn)行攪拌反應(yīng)，然后將得到的白色粉末加入無(wú)水乙腈中，水浴加熱反應(yīng)直至溶液完全變藍(lán)，然后將拋光基片浸漬于溶液中，靜置后取出、熱壓處理、剝離基片，制得鋰電池的超薄固體電解質(zhì)。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的制備的固體電解質(zhì)，由納米片層層堆疊而成，整體結(jié)構(gòu)均勻致密，在不影響電解質(zhì)機(jī)械性能和化學(xué)性能的情況下，顯著降低了電解質(zhì)的宏觀厚度，實(shí)現(xiàn)了超薄結(jié)構(gòu)，并且制備方法簡(jiǎn)單，適宜于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池的技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種鋰電池的超薄固體電解質(zhì)及制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li⁺在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li⁺從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。具有能量密度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，無(wú)記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，作為一種商業(yè)化的高效儲(chǔ)能器件得到了廣泛應(yīng)用。

電解質(zhì)時(shí)鋰離子電池的中間組成部件，很大程度上決定著鋰離子電池的性能，傳統(tǒng)鋰離子電池中所使用的電解質(zhì)為液態(tài)的六氟磷酸鋰，由于其自身極不穩(wěn)定，容易分解導(dǎo)致電池脹氣，同時(shí)在高溫、短路、過(guò)充或物理碰撞時(shí)極易燃燒和爆炸。盡管通過(guò)外部封裝加入保護(hù)機(jī)制，其仍然具有較大的安全隱患。

固態(tài)鋰離子電池使用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)，可以從根本上解決液態(tài)鋰離子電池的安全問(wèn)題和使用溫區(qū)問(wèn)題。電解質(zhì)膜的厚度與電池的體積/質(zhì)量能量密度、充放電的電流密度、電池內(nèi)部的離子遷移速率等因素有至關(guān)重要的影響。然而現(xiàn)有的薄膜制備技術(shù)大多為高真空和長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)，同時(shí)由于Li、P、S的揮發(fā)性較強(qiáng)，對(duì)于Li₃PS₄（LPS）系列的電解質(zhì)膜的厚度和均勻性難以有效的控制。因此通過(guò)對(duì)于控制LPS系列的電解質(zhì)膜厚度和均勻性具有十分重要的實(shí)際意義。

目前國(guó)內(nèi)外在鋰電池固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)，尤其是LPS系列固態(tài)電解質(zhì)方面已取得了一定成效。其中吳曉萌等人發(fā)明了一種高效制備和收集硫系固態(tài)電解質(zhì)的方法（中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01610865804.7），包含以下步驟：（1）干磨：將硫化鋰、五硫化二磷置于球磨容器中球磨混合，制備Li₃PS₄；（2）濕磨：向球磨容器中加入質(zhì)子惰性有機(jī)溶劑，球磨攪拌以實(shí)現(xiàn)Li₃PS₄的溶解，得到Li₃PS₄溶液；（3）將球磨容器中的Li₃PS₄溶液轉(zhuǎn)移至收集容器，干燥以除去有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)硫系固態(tài)電解質(zhì)的高效制備和收集；該發(fā)明通過(guò)連續(xù)的球磨、溶解及沉積的途徑，極大降低了粉體產(chǎn)物于收集的過(guò)程中在球磨罐內(nèi)壁及研磨球表面的黏附與殘留，提升了固態(tài)電解質(zhì)的純度及收集效率；同時(shí)，該方法也適用于對(duì)活性材料表面實(shí)現(xiàn)連續(xù)的固態(tài)電解質(zhì)層的原位包覆。。另外， 陳少杰等人發(fā)明了一種硫化物固體電解質(zhì)、其制備方法及全固態(tài)鋰二次電池（中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01810047984.7），一種硫化物固體電解質(zhì)，具有式I或式II所示的化學(xué)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；該通過(guò)將一定量ZnO或Sb₂O₅對(duì)硫化物固體電解質(zhì)材料Li₃PS₄進(jìn)行雙摻雜改性，不僅可以提高改性后硫化物固體電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性，而且有利于提高鋰離子電導(dǎo)率。

可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的用于鋰離子電池的LPS基固體電解質(zhì)，存在合成方法復(fù)雜、厚度和均勻性難以控制的問(wèn)題，影響了電解質(zhì)乃至鋰離子電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容