[發明專利]一種納米尺寸硫化物固體電解質材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202211068813.5
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115133117B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 姚霞銀;吳銘;劉高瞻
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明屬于電池技術領域，涉及一種納米尺寸硫化物固體電解質材料及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：1）、制備硫化鋰材料；2）、將10~100重量份溶劑、0~1質量份分散劑、1重量份包含硫化鋰材料的原料，在密閉容器內混合，干燥得到電解質前驅體粉末；3）、將步驟2）得到的電解質前驅體粉末進行熱處理，粉碎研磨，得到納米尺寸硫化物固體電解質材料。本發明制備工藝簡單，制備出的電解質尺寸可達納米級，電解質顆粒尺寸減小，則比表面積增大，與正極活性物質混合后接觸面積及離子傳導效率顯著提高，可提高正極中活性物質質量百分比，從而提高全固態電池的性能。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種納米尺寸硫化物固體電解質材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池已廣泛應用于眾多領域，包括便攜式電子產品、電動汽車、電網存儲等。然而，對于未來高續航里程的電動汽車，則需要更高的能量密度，而商業鋰離子電池的能量密度已達到極限。此外，高度易燃的液體電解質的泄漏和熱不穩定性對商業鋰離子電池造成了嚴重的安全問題。為了解決這些問題，全固態鋰電池技術已被廣泛認為是最有前途的候選技術之一。

無機固體電解質不泄漏和不揮發，并具有寬的電位窗口和更高的熱穩定性，從而大大提高了鋰離子電池的安全性。其次，其通過成功選用鋰負極，可以大大提高電池能量密度，同時，無機固體電解質相較于液體電解質更適用于高壓正極材料。無機固態電解中，硫化物固體電解質具有較高的電導率，機械性能好。

目前，硫化物電解質顆粒尺寸較大（5~10μm），電解質顆粒比表面積小，因此，全固態鋰電池的復合正極材料中需添加質量比30%以上的電解質粉末，以保證正極層中活性物質與電解質充分接觸，實現正常離子傳輸，從而降低了正極材料中活性物質成分含量。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種納米尺寸的硫化物固體電解質材料及其制備方法，該方法通過加入多種溶劑和分散劑以達到細化晶粒組織、減少顆粒尺寸的目的。

本發明一個方面提供了一種納米尺寸硫化物固體電解質材料，所述納米尺寸硫化物固體電解質材料具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示的化學式中的一種或多種：

(100-x-y)Li₂S·xP₂S₅·yM_mN_n 式Ⅰ，

其中0≤x＜100，0≤y＜100，0≤x+y＜100，0≤m＜4，0≤n＜6，M為Li、Ge、Si、Sn、Sb中的一種或多種，N為Se、O、Cl、Br、I中的一種或多種；

Li_10±lGe_1-gG_gP_2-qQ_qS_12-wW_w 式Ⅱ，

其中，0≤l＜1，0≤g≤1，0≤q≤2，0≤w＜1，G為Si和/或Sn，Q為Sb，W為O、Se、Cl、Br、I中的一種或多種；

Li_6±lP_1-eE_eS_5±l-rR_rX_1±l 式Ⅲ，

其中，0≤l＜1，0≤e＜1，0≤r＜1，E為Ge、Si、Sn、Sb中的一種或多種，R為O和/或Se，X為Cl、Br、I中的一種或多種；

所述納米尺寸硫化物固體電解質材料的尺寸為10~500nm。

本發明提供的硫化物固體電解質材料具有納米尺寸，尺寸為10~500nm，其作為電池電解質，可有效提高與正極活性物質的接觸面積和離子輸運能力，進而提高復合正極中活性物質占比，有利于電池性能的提升。