[發明專利]一種Li-Sn基合金固體電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201910074805.3
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109824023B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 何天賢;黃耀林;寧江天;杜昆;陳明漢
• 申請（專利權）人: 廣州漢源新材料股份有限公司
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;H01M10/0562
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發明涉及材料化學技術領域，具體公開了一種Li?Sn基合金固體電解質，其化學組成為Li₁₀SnBi₂Se_x，其中x為10、11或12。還公開了Li?Sn基合金固體電解質的制備方法，本發明的Li?Sn基合金固體電解質能夠替代現有的有機液態電解液和硫化物固態電解質。該固體電解質的制備工藝簡單，合成溫度低，具有較好的電化學穩定性，較寬的電化學窗口，可作為一種理想的高電導率固體電解質材料應用于全固態鋰離子電池中。

技術領域

本發明涉及材料化學技術領域，具體涉及一種Li-Sn基合金固體電解質及其制備方法。

背景技術

近年來隨著電動汽車的快速發展以及電網儲能的發展，人們對于較寬溫度使用范圍、高能量密度和高安全性的二次電池的需求更加迫切。商業化的鋰離子電池普遍采用有機液態電解液，但是有機液態電解液具有揮發性和易燃性。固態電解質可以避免液態電解液所帶來的一系列安全問題而備受關注，采用固體電解質取代液態電解液的全固態電池具有以下優勢：安全性能高、能量密度高、循環壽命長、工作溫度范圍寬、電化學窗口寬、具有柔性。

固態電解質是全固態鋰電池的核心，主要包括氧化物、硫化物、聚合物以及復合型固態電解質。其中，以硫化物的電導率最好，最高可以達到2.5×10^-2S/cm。雖然Se的理論質量容量比S更低，但是其理論體積容量與S相比不相上下。而且，Se的電導率(1×10^-5S/cm)比S的(5×10^-28S/cm)更高。因此如采用硒化物替代硫化物，電解質的電化學性質將更穩定，硒化物固態電解質有望成為高電導率固體電解質的最理想材料。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種Li-Sn基合金固體電解質及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案：

本發明的Li-Sn基合金固體電解質，其化學組成為Li₁₀SnBi₂Se_x，其中x＝10、x＝11或x＝12。即所述Li-Sn基合金固體電解質為Li₁₀SnBi₂Se₁₀、Li₁₀SnBi₂Se₁₁和Li₁₀SnBi₂Se₁₂。

一種Li-Sn基合金固體電解質的制備方法，包括以下步驟：

S1、按摩爾配比稱取Li₂Se、SnSe₂、Bi₂Se₃和Se粉，進行混合球磨；

S2、對球磨后的材料進行篩選，壓片制樣；

S3、將S2制得的樣品進行燒結，得到高電導率的Li-Sn基合金固體電解質Li₁₀SnBi₂Se_x材料，其中x＝10、x＝11或x＝12。

進一步的，S1所述的球磨為高能機械球磨，所述球磨的轉速為200～1000rpm，球磨時間為3～12小時。優選球磨轉速300～500rpm，球磨時間為5～10小時，更優選轉速為400rpm，球磨時間為8小時。

進一步的，S2所述篩選為選用100～500目的篩子篩選出粉末。優選用150～450目的篩子。更優選用200～300目的篩子。

S2所述的壓片制樣過程中，壓片制樣的壓力為55～100Mpa，保壓時間為1～40分鐘。優選制樣壓力為80～100Mpa，保壓時間為10～40分鐘。

進一步的，S3所述的燒結氣氛為真空燒結，燒結溫度為500～600℃，燒結時間為8～12小時。