[發(fā)明專利]一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)和固態(tài)電池及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110382390.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113097560A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂江平;蔣朝;王秀麗
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學山東工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明屬于固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)和固態(tài)電池及其制備方法。本發(fā)明提供了一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)，其化學組成為Li_6+yP_xM_1?xS₅I，其中x為0～1，y為0～3；所述M為軟酸金屬元素。本發(fā)明通過將軟酸金屬摻雜到固體電解質(zhì)中，一方面提高了固體電解質(zhì)的離子電導率；另一方面提高了和硫的結(jié)合性，進而提高了固體電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)和固態(tài)電池及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著生活水平的不斷提高，人們對儲能設(shè)備提出了更高的要求。鋰電池具有輸出功率大、能量密度高、使用壽命長、平均輸出電壓高、自放電小、無記憶效應、可快速充放電、循環(huán)性能優(yōu)越與無環(huán)境污染等優(yōu)點，在日常生活中得到了廣泛應用，成為當今用于便攜式電子產(chǎn)品的可充電電源的首選對象，也被認為是最具競爭力的車用動力電池。鋰電池分為液態(tài)鋰電池和固態(tài)鋰電池。其中，液態(tài)鋰電池含有大量的可燃性和揮發(fā)性的有機電解液，在過充、過放及高溫等情況下，容易引起火災等安全問題，引起人們的擔憂。而固態(tài)鋰電池是指電池各單元包括正極、負極以及電解質(zhì)，全部采用固態(tài)材料的鋰電池，具有液態(tài)鋰電池不可比擬的安全性，并有望徹底消除使用過程中的安全隱患，更符合電動汽車和規(guī)模儲能領(lǐng)域未來發(fā)展的需求。因此使用固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池是下一代高能量密度電池的候選材料。而開發(fā)高性能的固體電解質(zhì)是實現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵。

目前，固態(tài)電解質(zhì)主要可分為無機物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)兩大類。聚合物電解質(zhì)的常溫離子電導率低，電化學窗口窄、高溫穩(wěn)定性差等缺點，不能滿足使用要求。無機固態(tài)電解質(zhì)具有電化學穩(wěn)定窗口寬、工作溫度范圍寬、不易燃、剪切模量高等優(yōu)點，具有有機電解液無法比擬的安全性和使用壽命優(yōu)勢。其中，無機固態(tài)電解質(zhì)進一步分為氧化物電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)。在離子電導率方面硫化物電解質(zhì)的性能最佳，其離子電導率可與液體電解液媲美，因此受到了廣泛的關(guān)注。然而，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的大規(guī)模應用仍然存在一定問題。一方面，硫化物電解質(zhì)傳統(tǒng)的制備方法復雜，耗費時間；另一方面，制備的硫化固體電解質(zhì)無法在空氣中儲存和使用，因為這些電解質(zhì)對空氣中的水分具有較低的化學穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)和固態(tài)電池及其制備方法，本發(fā)明提供的高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)具有較高的離子電導率和空氣穩(wěn)定性，且制備方法簡單。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)，其化學組成為Li_6+yP_xM_1-xS₅I，其中x為0～1，y為0～3；

所述M為軟酸金屬元素。

優(yōu)選的，所述M為Ga、Sn、As、Sb、In、Bi、Cu和Pd中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

將Li₂S、LiI、P₂S₅和M_mS_n球磨，得到高空氣穩(wěn)定性納米晶硫化物固體電解質(zhì)；

所述M_mS_n中，n＝1、2、3或5，m＝1或2。