[發(fā)明專利]一種多點(diǎn)位協(xié)同摻雜硫化物固體電解質(zhì)材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211070182.0
• 申請日: 2022-09-02
• 公開（公告）號: CN115621539A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚霞銀;劉高瞻
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多點(diǎn)位協(xié)同摻雜硫化物固體電解質(zhì)材料，其具有式Ⅰ、式Ⅱ化學(xué)式中的一種或兩種：(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選自Ge、Si、Sn、Sb，N選自Se、O、Cl、Br、I；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＜3，G為Si和/或Sn，Q為Sb和/或As，W選自O(shè)、Se、Cl、Br、I。通過多點(diǎn)位摻雜取代，大幅提高電解質(zhì)材料室溫離子電導(dǎo)率，同時(shí)改善電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多點(diǎn)位協(xié)同摻雜硫化物固體電解質(zhì)材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，包括便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車、電網(wǎng)存儲等。然而，對于未來高續(xù)航里程的電動汽車，則需要更高的能量密度，而商業(yè)鋰離子電池的能量密度已達(dá)到極限。此外，高度易燃的液體電解質(zhì)的泄漏和熱不穩(wěn)定性對商業(yè)鋰離子電池造成了嚴(yán)重的安全問題。為了解決這些問題，全固態(tài)鋰電池技術(shù)已被廣泛認(rèn)為是最有前途的候選技術(shù)之一。

無機(jī)固體電解質(zhì)不泄漏和不揮發(fā)，并具有寬的電位窗口和更高的熱穩(wěn)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(fù)極，可以大大提高電池能量密度，同時(shí)，無機(jī)固體電解質(zhì)相較于液體電解質(zhì)更適用于高壓正極材料。無機(jī)固態(tài)電解中，硫化物固體電解質(zhì)具有較高的電導(dǎo)率，機(jī)械性能好。

固體電解質(zhì)材料中的Li+擴(kuò)散主要通過離子遷移通道進(jìn)行。在這些通道中，Li+從一個(gè)位點(diǎn)擴(kuò)散到相鄰的空位，完成一次Li+傳導(dǎo)。整個(gè)擴(kuò)散過程受晶體結(jié)構(gòu)的影響較大，特別是離子遷移通道的尺寸大小。另外，鋰離子濃度越高，其擴(kuò)散速率越快，離子電導(dǎo)率越高。基于此，各種提高硫化物電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率的策略被設(shè)計(jì)提出，其中晶體結(jié)構(gòu)中多價(jià)陽/陰離子取代是一種有效的策略。然而，為了保持晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，往往在單一位點(diǎn)進(jìn)行摻雜取代，電解質(zhì)性能提升有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種多點(diǎn)位摻雜的硫化物固體電解質(zhì)及其制備方法，該方法通過采用價(jià)態(tài)、離子半徑相近的元素對硫化物電解質(zhì)原有的Li、P、S元素進(jìn)行部分取代，大幅度提高硫化物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率，同時(shí)可以改善電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

本發(fā)明一個(gè)方面提供了一種多點(diǎn)位協(xié)同摻雜硫化物固體電解質(zhì)材料，所述多點(diǎn)位協(xié)同摻雜硫化物固體電解質(zhì)材料具有式Ⅰ、式Ⅱ所示化學(xué)式中的一種或兩種：

(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＜3，G為Si和/或Sn，Q為Sb和/或As，W為O、Se、Cl、Br、I中的一種或多種。