[發(fā)明專利]一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011379643.3
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112510254B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊文;尼亞·艾哈邁德;陳人杰;于佩雯
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/42;C01D15/00;C01B17/98
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 鐘華;任永利

本發(fā)明公開一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和用途，所述新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)包括名義上化學(xué)式為以下通式的化合物：Li_3?0.02xP_1?0.01xN_xS_4?0.04xO_3x，其中x＝2,4,6,8；所述新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)中具有PS₄^3?/POS₃^3?結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在Li₃PS₄玻璃電解質(zhì)中摻雜適量的LiNO₃，然后通過簡單的球磨、煅燒法獲得一種新型的具有PS₄^3?/POS₃^3?特殊結(jié)構(gòu)的玻璃陶瓷固態(tài)電解質(zhì)，進而實現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)穩(wěn)定性能的提高。該方法合成的硫化物固態(tài)電解質(zhì)提高了硫化物固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負極的界面穩(wěn)定性，同時也提高了電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性，為全固態(tài)電池的實際應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利屬于鋰電池、全固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰電池固態(tài)電解質(zhì)，具體涉及一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

鋰離子電池自1991年首次商業(yè)化以來，由于其較高的能量密度和較長的循環(huán)壽命，極大的改變了我們的通信和運輸方式。目前以石墨為負極的傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)接近其能量密度極限，仍不能滿足電動汽車和尖端電子設(shè)備對能量密度迫切要求。因此，迫切需要開發(fā)新的電池系統(tǒng)來超越傳統(tǒng)的鋰離子電池。

全固態(tài)電池因利用固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的液體電解質(zhì)來降低可燃性，提高電池的循環(huán)壽命，并使堿金屬負極得到應(yīng)用，從而進一步提高鋰離子電池的能量密度和安全性，成為最具希望的下一代鋰離子電池。

電極材料是影響電池能量密度的關(guān)鍵部分。金屬鋰的比容量為3860mAh/g，電化學(xué)勢為-3.04V(vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，是一種非常理想的鋰電池負極材料。

目前固體電解質(zhì)可以分為三大類：無機固體電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)、復(fù)合固體電解質(zhì)。無機固態(tài)電解質(zhì)，包括氧化物無機固態(tài)電解質(zhì)、硫化物無機固態(tài)電解質(zhì)等。其中，硫的原子半徑和極化率大，造成晶格畸變形成較大的離子通道。此外，硫與鋰離子間結(jié)合力較弱，體系內(nèi)可移動載流子數(shù)量大，因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出較好的離子電導(dǎo)性，所以是目前的主要研究對象。

然而由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負極界面兼容性差，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)鋰枝晶、甚至“死鋰”等現(xiàn)象，導(dǎo)致電池容量衰減，因此很難把鋰負極直接應(yīng)用到硫化物全固態(tài)電池中。

除此之外，硫化物電解質(zhì)對空氣和水極不穩(wěn)定，一旦接觸就會產(chǎn)生毒性氣體。因此開發(fā)出同時對鋰負極以及空氣穩(wěn)定的新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)對全固態(tài)鋰離子電池的實際應(yīng)用具有重大的意義。

為了解決以上問題，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前幾乎所有的硫化物固態(tài)電解質(zhì)對鋰負極以及空氣的不穩(wěn)定性，本發(fā)明提出一種提高硫化物固態(tài)電解質(zhì)穩(wěn)定性的簡單制備方法，從而提高了硫化物固態(tài)電解質(zhì)在空氣中以及對鋰負極的穩(wěn)定性，為全固態(tài)鋰離子電池的進一步實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本發(fā)明第一方面提供一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其包括名義上化學(xué)式為以下通式的化合物：Li_3-0.02xP_1-0.01xN_xS_4-0.04xO_3x，其中x＝2,4,6,8；