[發明專利]硫化物固態電解質及其制備方法、固態電解質片、固態電池

在審

• 申請號: 202110896051.7
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113839086A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 楊納川
• 申請（專利權）人: 恒大新能源技術（深圳）有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 方良

本申請公開了一種硫化物固態電解質及其制備方法、固態電解質片、固態電池。硫化物固態電解質組分為Li_6?xPS_5?xM_x+1；其中，M為鹵素元素，0.1＜x＜0.8。且其晶型屬于空間群F?43m，為立方面心結構。其與標準品Li₇PS₆晶型相同。其拉曼圖譜在418cm^?1處有一個清晰而尖銳的峰，表現出PS₄^3?離子特征峰，其雜質低，純度高，晶型穩定，而且電導率高。其制備方法能夠有效控制金屬鋰與硫之間的反應溫和且可控，反應的效率高。硫化物固態電解質制備方法能夠保證制備的Li_6?xPS_5?xM_x+1硫化物固態電解質性能穩定，顯著降低經濟成本。固態電解質片、固態電池均含有本申請硫化物固態電解質。

技術領域

本發明屬于固態電池領域，具體涉及一種硫化物固態電解質及其制備方法、 固態電解質片、固態電池。

背景技術

鋰離子電池以其較大的輸出功率，較高的能量密度以及工作電壓，再加上 自放電小，工作溫度范圍較寬，幾乎無記憶效應和環境污染等優點，已經成為 現在大規模儲能的主流方式，但是目前鋰離子電池系統存在著一些阻礙其發展 的問題，例如由于使用有機液體電解液，存在著易燃易爆等安全問題；有機液 體電解質在充放電過程中會與電極發生副反應從而導致電池容量出現不可逆衰 減；在電池長時間使用中，液體電解質有可能出現揮發，干涸，泄露等問題， 導致電池壽命受到影響，因此近年來國內外研究者逐步把目光聚焦在鋰離子電 池固態電解質的研究上。

其中Li₂S-P₂S₅體系的硫化物固態電解質以其室溫下接近液態電解質的較高 電導率而受到廣泛關注，其還具有熱穩定性好，電化學窗口寬的特點，在高功 率以及常溫固態電池方面優勢突出，因此在全固態電池上有很好的使用前景。

現有技術使用商業的Li₂S-P₂S₅體系的硫化物固態電解質主要由如下兩種方 法獲得：一種是以Li₂S、P₂S₅和摻雜劑通過高能球磨和熱處理制得；另一種是 分為兩步：先行合成Li₂S，再使用合成的Li2S合成硫化物固態電解質。該兩種 方法中所需的高純度硫化鋰原料購買價格高昂，均存在成本高昂的問題；后一 種方法成本有所下降，但是合成硫化鋰工藝中需要使用有毒有害的有機溶劑， 且固液分離困難，使得該方法難以工業化生產，此方法制得的硫化鋰純度難以 保證，工藝復雜使得成本升高，時其實際應用收到掣肘。

目前公開的另一種Li₂S-P₂S₅體系的硫化物固態電解質是將單質鋰、單質硫、 五硫化二磷和摻雜劑于有機溶劑中溶解在熱處理制備。采用該溶劑法制備硫化 物固態電解質易導致雜質，且經測得電導率不高，如其公開的電導率只有 6.0×10^-8S/cm。而且有機溶劑的存在，不僅導致雜質的產生，而且導致溶劑法存 在硫化物固態電解質性能不穩定、環保和生產安全以及后續處理等問題，難以 工業化生產。

發明內容

本申請的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種硫化物固態電解質 及其制備方法，以解決現有硫化物固態電解質存在成本高或純度不高和導電性 低等技術問題。

為了實現上述申請目的，本申請的一方面，提供了一種硫化物固態電解質。 本申請硫化物固態電解質組分為Li_6-xPS_5-xM_x+1；其中，M為鹵素元素，0.1＜x ＜0.8。