[发明专利]硫化物固体电解质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及硫化物固体电解质材料及其制备方法。

背景技术

当前，锂二次电池在日常生活中得到了广泛应用，成为社会不可或缺的一部分。锂二次电池具有输出功率大、能量密度高、使用寿命长、平均输出电压高、自放电小、无记忆效应、可快速充放电、循环性能优越与无环境污染等优点，成为当今用于便携式电子产品的可充电电源的首选对象，也被认为是最具竞争力的车用动力电池。锂二次电池分为液态锂二次电池和固态锂二次电池。其中，固态锂二次电池是指电池各单元包括正极、负极以及电解质，全部采用固态材料的锂二次电池，因此固态锂二次电池又称全固态锂二次电池。由于全固态锂二次电池具有液态锂二次电池不可比拟的高安全性，并有望彻底消除使用过程中的安全隐患，更符合电动汽车和规模储能领域未来发展的需求。

迄今为止，限制全固态锂电池大规模实用化的最主要的瓶颈是高性能固体电解质材料的研究开发。硫化物固体电解质由于具有高离子电导率和宽的电化学窗口，是一种能很好地应用于全固态锂二次电池的无机固体电解质材料。目前已开发出多种硫化物固体电解质材料，例如，公开号为CN101326673A的中国专利公开了一种锂离子传导性硫化物类固体电解质材料的制备方法，该硫化物类固体电解质材料的室温锂离子电导率达到约10^-3S·cm^-1，其制造过程是先在高温下获得硫化物玻璃，然后再在高温下热处理得到硫化物玻璃陶瓷，且整个制造过程需惰性气氛保护。虽然上述专利的硫化物类电介质材料的离子电导率相对较高，但是制造方法复杂从而大幅增加成本，不易进行工业化规模生产。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种硫化物固体电解质材料及其制备方法，本发明提供的硫化物固体电解质材料制备方法简单，且制备的硫化物固体电解质材料离子电导率较高。

本发明提供了一种式(I)所示的硫化物固体电解质材料：

xLi₂S·yP₂S₅·zM₂S_n(I)；

其中，x+y+z＝100％；M为Al、Ge、Ti与La中的一种或多种；n为M的化合价。

优选的，所述x的取值范围为40％～80％。

本发明还提供了一种硫化物固体电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将Li₂S、P₂S₅、M₂S_n与有机溶剂混合，得到悬浮液；Li₂S、P₂S₅与M₂S_n的摩尔比为x：y：z；

B)将所述混合溶液依次经过搅拌-反应、离心、过滤与干燥后，得到初料；

C)将所述初料进行热处理，得到式(I)所示的硫化物固体电解质材料；

xLi₂S·yP₂S₅·zM₂S_n(I)；

其中，x+y+z＝100％；M为Al、Ge、Ti与La中的一种或多种；n为M的化合价。

优选的，所述有机溶剂选自醇类溶剂、醚类溶剂与腈类溶剂中的一种或多种。

优选的，所述有机溶剂选自乙醇、丙醇、戊己醇、乙醚、乙腈和四氢呋喃中的一种或多种。

优选的，所述有机溶液的含水量小于1wt％。

优选的，所述搅拌的速度为30rpm～800rpm，所述搅拌的时间为10h～80h；所述离心的转速为3000rpm～20000rpm，所述离心的时间为0～60min；所述干燥的时间为0～20h，所述干燥的温度为60℃～200℃。

优选的，所述热处理的温度为200℃～700℃，所述热处理的时间为0.5h～10h。

优选的，所述混合、搅拌-反应、离心、过滤、干燥与热处理均在湿度小于10％的环境下进行。

优选的，所述所述混合、搅拌-反应、离心、过滤、干燥与热处理各自独立地在密闭环境或惰性气体保护的条件下进行。