[發明專利]硫化物-聚合物復合固態電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010935548.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112018458B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 吳凡;劉麗露;彭健;盧普順;李泓
• 申請（專利權）人: 長三角物理研究中心有限公司;天目湖先進儲能技術研究院有限公司;中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/38;H01M10/42
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種硫化物-聚合物復合固態電解質的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

取適量的聚合物基體和鋰鹽，在室溫至80℃的溫度條件下溶解在第一溶劑中，得到第一漿料；其中，所述鋰鹽中的Li與聚合物基體的摩爾比為1：20至1：1；

取適量的硫化物固態電解質溶解在去離子水中，形成第一溶液；其中，第一溶液中硫化物固態電解質與第一漿料中聚合物基體的質量比為1：200至1：2；

將所述第一溶液加入到第一漿料中，在室溫至80℃的溫度條件下攪拌2-24小時，得到硫化物-聚合物復合漿料；

將所述硫化物-聚合物復合漿料倒入模板中混合、自然干燥，再放入真空烘箱進行烘烤，烘烤后得到水系硫化物-聚合物復合固態電解質膜；

所述硫化物固態電解質為無P型Sn系硫化物，通式為Li_aSn_bA_cS_d，其中A為對Sn進行摻雜取代的元素，包括As、Sb、Bi、Si、W、Mo中的至少一種，并且0＜a≤4，0≤b≤1，0＜c≤0.3，d=4。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽包括雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、三氟甲磺酸鋰（LiTof）、六氟磷酸鋰（LiPF₆）、四氟硼酸鋰（LiBF₄）、高氯酸鋰（LiClO₄）中的至少一種；

所述聚合物基體為含醚氧基團的聚合物。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述硫化物固態電解質溶于水，對吸收水分后的硫化物固態電解質進行加熱處理，加熱處理后的材料的晶體結構與原始的所述硫化物固態電解質的材料晶體結構相同，或者為亞穩相結構，離子電導率的下降小于5%；

其中，對所述硫化物固態電解質以及對在大于350℃小于等于700℃進行所述加熱處理后得到的材料，使用Cu Kα射線的X射線衍射XRD測定，與正交晶系Pnma(No.62)空間群的Li₄SnS₄衍射峰一致； XRD譜在2θ=16.98°、17.81°、18.94°、25.81°、26.35°、27.17°、27.99°處具有表征Li離子傳導相的特征峰；

在150℃-350℃加熱處理后得到的材料呈亞穩相，晶體結構為六方晶系空間群P6₃/mmc(No.194)；使用Cu Kα射線的XRD測定,XRD譜在2θ=25.84°、28.1°、36.4°、38.52°、45.53°、50.54°處具有表征Li離子傳導相的特征峰。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述A對Sn的摻雜比例不超過30%。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚合物基體具體包括聚環氧乙烷；

所述第一溶劑包括水、乙醇或甲醇中的任一種。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述烘烤的溫度在30℃至80℃，烘烤時間為5小時-48小時。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述模板為聚四氟乙烯模板。

8.一種上述權利要求1-7任一所述的制備方法制備的硫化物-聚合物復合固態電解質。

9.一種全固態電池，其特征在于，所述全固態電池包括上述權利要求1-7任一所述的制備方法制備的硫化物-聚合物復合固態電解質。