[發明專利]一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210505970.1
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114824458A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張希;朱金輝;陳振營
• 申請（專利權）人: 上海屹鋰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質材料及其制備方法，涉及固體電解質領域，將Li₂S、GeS₂、MoO₃、P₂S₅在惰性氣氛下研磨混合，再使用球磨機球磨，得到混合粉末；將得到的混合粉末在惰性氣體氛圍中密封煅燒，得到組成為Li_xGe_1?yMo_yP₂S₁₂的鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質，其中9.5x10，0y≤2。本發明的鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質具有良好的機械性能，具有優異的離子電導率、較好的電化學穩定性，有效解決了Li₁₀GeP₂S₁₂固態電解質離子電導率低和對鋰金屬穩定性較差的問題，可作為一種理想的固態電解質材料應用于全固態鋰二次電池中。

技術領域

本發明涉及一種固態電解質材料及其制備方法，尤其涉及一種具有良好的機械性能，優異的離子電導率、較好的電化學穩定性可用于全固態鋰電池的固體電解質材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池目前已經占據了我國的電動汽車市場，也正在大規模應用于電網儲能市場，電池技術是解決目前能源問題的關鍵技術之一。在電動汽中，能量密度是動力電池性能的第一指標，而儲能電池則更看重成本與安全性。隨著電動車銷量的增長，電解質泄露、自燃爆炸等安全事故發生的頻次也明顯增加，儲能電站同樣也發生了多起安全事故。安全性問題已經成為了阻礙鋰離子電池進一步應用和發展的關鍵性問題。安全性問題產生的主要原因是鋰離子電池中使用了易燃的有機電解液，其在電池發生短路熱失控時參與燃燒釋放大量的熱量。全固態電池借助固態電解質進行離子傳導，其相比傳統的液態電池不易燃、不揮發，電池的安全性得到大幅提高，因此得到了學術界和產業界的廣泛關注，被認為最有潛力的下一代鋰離子電池技術之一。

固態電解質是全固態電池的核心材料。目前大部分的固態電解質都有離子電導率不夠高、電化學窗口不夠穩定以及各種界面問題，這些問題使目前的全固態電池的綜合性能還無法滿足應用的需求，也沒有可以推出的市場化產品。在目前所報道的無機固態電解質中，硫化物電解質因為其最高的離子電導率和良好的機械性能而備受關注。但Li₂S、P₂S₅等鋰硫體系的缺點是易水解、氧化而導致其化學穩定性差，長期穩定性和循環性都難以保證，從而制約鋰硫固體電解質的應用。雖然Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)的鋰離子電導率可以達到商業化液態電解質水平，但其成本較高，其在硫化物固態電解質中的應用還有待研究。因此，本領域的技術人員有必要探索一種離子導電率高，化學穩定性好的固體電解質材料。本發明通過用Mo取代Ge以降低電解質的成本、提高鋰離子電導率和鋰金屬穩定性三大障礙。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明的提供了一種高電導率、低成本且鋰金屬穩定性好的硫化物固態電解質材料及其制備方法，并將其應用在全固態二次電池中，從而提高鋰離子電導率，降低電解質成本，并提高鋰金屬穩定性。

為實現上述目的，本發明第一方面提供了一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質材料：其化學式為Li_xGe_1-yMo_yP₂S₁₂。

作為進一步優選的，一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質，x的范圍優選為9.5x10。

作為進一步優選的，一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質，y的范圍優選為0y≤2。

本發明的第二方面是提供一種鉬摻雜的鋰鍺磷硫固態電解質的制備方法，包括以下步驟：