[發明專利]硫化物型電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210079325.8
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114243099B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 劉景超;陳少杰;周宇楠;李瑞杰;楊紅新
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技（無錫）有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 吳婷

本發明公開了硫化物型電解質及其制備方法和應用。該硫化物型電解質包括：核芯，所述核芯材料為硫化物電解質；包覆層，所述包覆層包覆所述核芯，所述包覆層材料為鹵化物電解質，所述鹵化物電解質包括Lisubgt;a/subgt;Asubgt;1?b/subgt;Msubgt;1.5b/subgt;Clsubgt;a+3/subgt;，其中，A為In和/或Sc，M為選自Cu、Zn、Cd、Mg和Ca中的至少之一，1.5≤a≤4.5，0≤b≤0.9。由此，該硫化物型電解質不僅兼具較高的離子電導率和較高的氧化電位，而且能量密度大，化學穩定性和循環穩定性均較好，更有利于改善電池的電化學窗口及電化學性能、能量密度、安全性和使用壽命等綜合性能。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體而言，涉及硫化物型電解質及其制備方法和應用。

背景技術

自鋰離子電池推出以來，已經廣泛應用在各類便攜式電子產品(如筆記本電腦、手機和數碼相機)和電動汽車等領域。但近期新能源汽車安全事故頻繁發生，主要是由于傳統的鋰離子電池需使用易燃的有機溶劑作為電解液，故而存在極大的安全隱患，采用傳統的改進方法無法徹底解決該問題。相比而言，使用固態電解質的固態鋰離子電池更具安全優勢。固態電解質不僅可以從根本上解決鋰離子電池的安全性問題，同時有望大大簡化制造封裝工藝，提高電池的能量密度、可靠性和設計自由度。在各類新型電池體系中，固態電池是距離產業化生產最近的下一代技術，這已成為產業與科學界的共識。因而對于固態電解質的離子電導率、高電位穩定性(4V)提出了更高的要求。

發明內容

本申請主要是基于以下問題和發現提出的：

在無機電解質材料中，目前主流的電解質體系主要分為氧化物、硫化物及鹵化物三個體系。其中，氧化物電解質的氧化電位高，使得高電壓三元正極材料的穩定性好，但其離子電導率較低，而且剛性大、延展性差，導致其與正極材料的接觸阻抗較大，將其制成電池時電化學性能較差。相比而言，硫化物電解質通常具有較高的離子電導率，且延展性良好、可以與正極材料形成較為致密的物理接觸，但其氧化電位較低(通常3V)，與正極材料直接接觸時會在循環過程中發生嚴重的副反應，嚴重影響其電化學性能。而鹵化物電解質是一類最新受到關注的固體電解質材料，其對高電壓正極材料的穩定性好，可以在較高電壓下(～4.3V)循環，能單獨作為電池的電解質使用，但其離子電導率水平不高。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種硫化物型電解質，以保證硫化物電解質具有高離子電導率的同時具有高氧化電位。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種硫化物型電解質，根據本發明的實施例，該硫化物型電解質包括：核芯，所述核芯材料為硫化物電解質；包覆層，所述包覆層包覆所述核芯，所述包覆層材料為鹵化物電解質，所述鹵化物電解質包括Li_aA_1-bM_1.5bCl_a+3，其中，A為In和/或Sc，M為選自Cu、Zn、Cd、Mg和Ca中的至少之一，1.5≤a≤4.5，0≤b≤0.9。相對于現有技術，該硫化物型電解質通過在硫化物電解質表面均勻包覆能夠單獨使用的鹵化物電解質，利用鹵化物電解質對高電壓正極材料穩定性好的特性來解決硫化物電解質氧化電位較低，其與正極材料直接接觸時會在循環過程中發生嚴重的副反應等問題，能在獲得硫化物電解質高離子電導率的同時提高其氧化電位(例如可以使其氧化電位提高至≥4.0V)，有效改善硫化物電解質的高電位穩定性。由此，該硫化物型電解質不僅兼具較高的離子電導率和較高的氧化電位，而且能量密度大，化學穩定性和循環穩定性均較好，更有利于改善電池的電化學窗口及電化學性能、能量密度、安全性和使用壽命等綜合性能。

另外，根據本發明上述實施例的硫化物型電解質還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述硫化物電解質的化學式為Li_7-xPS_6-xN_x，其中，N為選自Cl、Br、F和I中的至少之一，0.1≤x≤5.9。