[發(fā)明專利]一種對空氣穩(wěn)定型固態(tài)電解質(zhì)的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211302169.3
• 申請日: 2022-10-24
• 公開（公告）號: CN115692831A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張怡;平葉子;游佳樂;趙國偉
• 申請（專利權(quán)）人: 黃岡師范學(xué)院
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 詹藝

本申請公開了一種對空氣穩(wěn)定型固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。利用溶劑熱法對硫化物固態(tài)電解質(zhì)的表面進(jìn)行均勻包覆，從而提升硫化物固態(tài)電解質(zhì)在空氣中的穩(wěn)定性。該制備方法為通過溶劑熱反應(yīng)在固態(tài)電解質(zhì)表面包覆二氧化鈦。申請制備方法是在液相中完成，包覆層厚度可控且均勻；同時(shí)制備工藝簡單，易于獲得對空氣穩(wěn)定的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，能夠?qū)α蚧锕虘B(tài)電解質(zhì)的商業(yè)化進(jìn)程起到推動作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及電池電解質(zhì)材料的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種對空氣穩(wěn)定型固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)

我國制定了電動車逐步取代燃油車，降低二氧化碳排放量的政策，國產(chǎn)新能源汽車得到了飛速的發(fā)展。新能源汽車的核心關(guān)鍵在于動力電池技術(shù)。目前傳統(tǒng)動力電池存在著兩大問題，一是續(xù)航里程太短，長途開車時(shí)車主容易產(chǎn)生續(xù)航焦慮；二是電池存在著巨大安全隱患，遭遇高溫或碰撞容易引起自燃。

以上兩點(diǎn)問題的原因在于，目前我國新能源汽車大多仍然采用液態(tài)電解質(zhì)，即酯類化合物與鋰鹽的混合溶液。這類電解液存在著以下缺點(diǎn)：1.液態(tài)電解液在電池中占有的體積高達(dá)25％，降低了電池模塊的體積能量密度，影響了汽車的續(xù)航里程；2.傳統(tǒng)電解液中的酯類化合物為有機(jī)物，在高溫或者碰撞條件下，極易燃燒，給新能源汽車帶來了安全隱患。解決動力電池續(xù)航及安全問題迫在眉睫。

采用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液來制備全固態(tài)電池，是提升電池續(xù)航及安全性能的重要方式，原因在于全固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)所占的體積小，且遇高溫不會分解燃燒。目前離子電導(dǎo)率最高的固態(tài)電解質(zhì)為硫化物材料，如 Li₁₀GeP₂S₁₂或Li₆PS₅Cl。然而硫化物電解質(zhì)在空氣中極其不穩(wěn)定，容易與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫氣體，這極大阻礙了該固態(tài)電解質(zhì)的商業(yè)化應(yīng)用。因此，如何提升硫化物固態(tài)電解質(zhì)在空氣中的穩(wěn)定性，成為了新能源汽車動力電池發(fā)展的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N對空氣穩(wěn)定型固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，能夠能夠合成出離子電導(dǎo)率高且對空氣穩(wěn)定性好的固態(tài)電解質(zhì)。

已經(jīng)公知的是，以一定量的氧離子取代硫化物固態(tài)電解質(zhì)中的硫離子，能夠在一定程度上提升硫化物固態(tài)電解質(zhì)對空氣的穩(wěn)定性。此外，專利號 CN112768757A通過向固態(tài)電解質(zhì)中加入多元稀土，利用球磨方式進(jìn)行摻雜后，提升了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性。然而，第一種方法雖然提升了穩(wěn)定性，但由于氧離子的存在，電解質(zhì)離子電導(dǎo)率也隨之下降；第二種方法摻雜量較高(實(shí)施例3高達(dá)10％)，可能對固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)或離子電導(dǎo)率產(chǎn)生不利的影響。

因此，本申請采用了一種與上述兩種方法完全不同的方式來提升固態(tài)電解質(zhì)對空氣的穩(wěn)定性，即在固態(tài)電解質(zhì)表面包覆均勻的氧化鈦保護(hù)層，用來阻止空氣與固態(tài)電解質(zhì)直接接觸。本發(fā)明主要利用到的科學(xué)原理在于：1.硫化物固態(tài)電解質(zhì)可以分散在甲苯溶液中，不與甲苯發(fā)生反應(yīng)；2.諸如鈦酸四乙酯與鈦酸四丁酯的鈦源都能很好的分散在甲苯中，不發(fā)生水解。基于此，可以首先采取液相攪拌的方式，讓鈦酸四乙酯或鈦酸四丁酯均勻的附著在固態(tài)電解質(zhì)的表面；然后進(jìn)行溶劑熱及后續(xù)煅燒反應(yīng)，使得固態(tài)電解質(zhì)表面均勻包覆上二氧化鈦保護(hù)層，從而提升電解質(zhì)在空氣下的穩(wěn)定性。

基于此科學(xué)分析及實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)立了本發(fā)明創(chuàng)造。

術(shù)語定義

在不與相關(guān)技術(shù)內(nèi)通用的涵義造成抵觸的情形下，本申請術(shù)語適用于以下解釋：

如本文所用，“惰性氣氛”是指排除性地驅(qū)逐氧氣的氣體通入。

如本文所用，“懸濁液”是指固態(tài)電解質(zhì)與甲苯的混合液體。

如本文所用，“球磨”是指利用下落的研磨體(如鋼球珠等)的沖擊作用以及研磨體與球磨內(nèi)壁的研磨作用而將物料粉碎并混合的方式。