[發明專利]一種小粒徑硫化物固體電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 202211070142.6
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115621538A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 姚霞銀;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;H01M10/0525;C01B25/14;C01B25/10
• 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，涉及一種小粒徑硫化物固體電解質及其制備方法。所述制備方法包括以下步驟：1)、制備硫化鋰材料；2)、將1～5重量份溶劑、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退火燒結，得到尺寸≤5微米的硫化物固體電解質。本發明通過少量溶劑結合機械混合方法，有效細化晶粒組織、減少顆粒尺寸，提高電解質化學和電化學穩定性。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種小粒徑硫化物固體電解質及其制備方法。

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，硫化物固體電解質的制備工藝主要包括高能球磨法，制備得到的硫化物固體電解質顆粒尺寸在幾十微米左右，顆粒尺寸較大，造成電解質片表面平整度低，片體內部空隙較多等問題，影響電池性能。同時，使用高能球磨法制備的硫化物電解質具有較高的離子電導率，但其費時耗能，在球磨過程中硫化物電解質前驅體材料頻繁結塊，需要取下磨碎后繼續球磨，實現大批量制備有一定難度。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種小粒徑硫化物固體電解質及其制備方法，該方法通過少量溶劑結合機械混合方法，有效細化晶粒組織、減少顆粒尺寸，提高電解質化學和電化學穩定性。

本發明一個方面提供了一種小粒徑硫化物固體電解質，所述小粒徑硫化物固體電解質具有式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±t 式Ⅲ，

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

所述小粒徑硫化物固體電解質的尺寸≤5微米。

作為優選，所述小粒徑硫化物固體電解質的室溫離子電導率為1×10^-4～8×10^-2S/cm。進一步優選，所述小粒徑硫化物固體電解質的室溫離子電導率為1×10^-3～8×10^-2S/cm。本文中的室溫指的是15～35℃。