[發(fā)明專利]電子-離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210096183.6
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114497712A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉林;許曉雄;林久;唐光盛;戈志敏
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江鋒鋰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M4/131;H01M4/62;H01M10/0525;C01B17/22;C01B25/14;C01G23/00
• 代理公司: 寧波實(shí)鈞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33466
• 代理人: 王月玲

本發(fā)明公開了一種電子?離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池，涉及全固態(tài)電池領(lǐng)域，利用過渡金屬硫化物、含鋰硫化物以及硫化物固體電解質(zhì)復(fù)合，構(gòu)建一種含鋰過渡金屬硫化物的電子?離子混合導(dǎo)體硫化物固體電解質(zhì)，該固體電解質(zhì)的電子電導(dǎo)率有明顯的提升，與氧化物正極混合后構(gòu)建成具有離子?電子混合網(wǎng)絡(luò)正極，能夠降低界面電阻，提升電池性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)電池技術(shù)，特別涉及一種電子-離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池。

背景技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對鋰離子電池的能量密度、功率密度、使用壽命和安全性能提出了更高的要求。目前商業(yè)化的鋰離子電池由于其易燃的有機(jī)液體電解質(zhì)而存在嚴(yán)重的安全問題，電池會因過充、內(nèi)部短路等原因?qū)е码娊庖哼^熱而導(dǎo)致起火或者爆炸事故。目前，對于液態(tài)電解液的安全性問題依舊沒有解決。為徹底解決鋰離子電池的安全性問題，采用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子二次電池受到了廣泛的關(guān)注。

全固態(tài)鋰離子二次電池有正極，負(fù)極以及固態(tài)電解質(zhì)組成，由于各結(jié)構(gòu)之間能夠緊密結(jié)合，所以全固態(tài)電池具有較高的能量密度。固態(tài)電解質(zhì)可以分為無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其中，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中的硫化物電解質(zhì)具有與液態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)?shù)碾x子電導(dǎo)率而備受關(guān)注。

然而，傳統(tǒng)的硫化物固體電解質(zhì)雖然也具有較高的離子電導(dǎo)率，但當(dāng)氧化物正極與硫化物固體電解質(zhì)接觸后，由于鋰離子在二者之間具有有較大的化學(xué)電勢差，鋰離子會從硫化物固體電解質(zhì)一側(cè)向氧化物正極材料一側(cè)移動(dòng)，正極與電解質(zhì)同時(shí)形成空間電荷層，但是硫化物固體電解質(zhì)層較低的電子電導(dǎo)使得正極一側(cè)的電荷層消失，而電解質(zhì)一側(cè)的鋰離子化學(xué)電勢要達(dá)到平衡，必然會繼續(xù)向正極方向移動(dòng)，空間電荷層繼續(xù)生成，形成非常大的電阻。

為解決上述問題，提升全固態(tài)電池性能，發(fā)明一種電子-離子混合導(dǎo)體硫化物固體電解質(zhì)及其制備方法和匹配該硫化物固體電解質(zhì)的全固態(tài)電池是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電子-離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種電子-離子混合導(dǎo)體電解質(zhì)，利用過渡金屬硫化物、含鋰硫化物以及硫化物固體電解質(zhì)復(fù)合，經(jīng)熱處理后過渡金屬硫化物與含鋰硫化物反應(yīng)生成含鋰過渡金屬硫化物，進(jìn)而構(gòu)建一種相互嵌合的含鋰過渡金屬硫化物的電子-離子混合導(dǎo)體硫化物固體電解質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述含鋰過渡金屬硫化物包括Li_xM_y1S_z1，其中，1≤x≤10，1≤y1≤5，1≤z≤16，M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、 Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg中的至少一種。

作為優(yōu)選，所述硫化物固體電解質(zhì)包括二元硫化物固體電解質(zhì)、LGPS型晶體硫化物固體電解質(zhì)、Thio-LiSICON系列、硫銀鍺礦型晶體硫化物固體電解質(zhì)中的至少一種；

所述二元硫化物固體電解質(zhì)以Li₂S-P₂S₅為主體，具體為(100-a)Li₂S·a P₂S₅，a＝20-40； b Li₂S·a P₂S₅·c LiBr·d LiI，b:a＝3～4，(c+d)/(a+b+c+d)＝5～50％。

作為優(yōu)選，所述過渡金屬硫化物包括M_y2S_z2(1≤y2≤5,1≤z2≤9，M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、 Os、Ir、Pt、Au、Hg中的至少一種。