[发明专利]一种硫基电解质溶液及其在固态锂电池中的应用

说明书

本发明提供一种硫基电解质溶液，其中，所述硫基电解质溶液包含可溶性多硫化物和有机溶剂，其中，所述可溶性多硫化物的化学式为S_y(Li₂S)_{100‑x‑y‑z}(LiX)_z(P₂S₅)_x，其中，X为Cl、Br和I中的一种或多种，15≤x≤90，0≤y≤80，0≤z≤60，并且x‑10≤100‑x‑y‑z≤x+10；以及其中，所述可溶性多硫化物在所述硫基电解质溶液中的质量浓度为0.1％‑40％。本发明还提供了采用硫基电解质溶液制备固态锂电池的方法以及制备的固态锂电池。

技术领域

本发明属于电化学和新能源材料技术领域，具体涉及一种硫基电解质溶液及其在固态锂电池中的应用。

背景技术

近年来，快速发展的电动汽车和储能行业对锂离子电池能量密度、成本、循环性和安全性提出了更高的要求。

金属锂负极被认为是第四代负极，具有最高可达3860mAh/g的容量和较低的沉积电位(-3.04V)。采用金属锂做负极能够将电池能量密度提高到300wh/kg，可以有效缓解电动汽车的里程焦虑，同时也能采用无锂正极，降低电池成本。

金属锂作为负极的核心问题在于负极体积的无限膨胀。此外，金属锂作为负极还存在以下问题：充电过程中锂沉积不均匀，局部大量的锂沉积会加速体积膨胀，从而导致固体电解质层(SEI)破裂；形成锂枝晶，枝晶容易穿透隔膜造成的短路；枝晶具有较高化学反应的活性，容易与电解液反应，消耗电解液；以及枝晶根部锂的溶解脱出，容易使枝晶断裂，形成死锂，造成电池库能效率低。

目前保护金属的常用的方法包括使用氧化物、硫化物固体电解质、聚合物固体电解质、液体成膜添加剂，以及对金属锂结构进行修饰降低有效电流密度和体积膨胀等方法。

成膜添加剂虽然可以有效地提高电池的库能效率、抑制锂枝晶生长，但是当成膜添加剂耗尽时，锂沉积不均匀，SEI仍会破裂，枝晶会继续生长。

聚合物固体电解质虽然有一定柔性，能抑制锂枝晶生长，但其电导率较低，电池内阻较大。

由于固体电解质具有较宽的电化学窗口、化学环境稳定、不挥发、不易燃等优点，固体电解质的使用杜绝了金属锂负极和溶液的副反应。然而，固体电解质虽然能阻挡锂枝晶的生长，但无法提高电池能量密度。

氧化物电解质膜易碎，不易做成高容量的电池。

特别地，硫化物固体电解质具有较高的电导率和较柔软。通过冷压就可以制备出较好的复合正极，但正极和硫化物固体电解质很难混合均匀(硫化物固体电解质在正极表面通常以颗粒的形式存在)，并且常规的硫化物固体电解质制备条件高、空气稳定性差。

因此，如何使正极和硫化物固体电解质有效地接触以及如何更加快捷地制备含有已知的硫化物电解质的固态锂电池仍是目前面临的主要问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种硫基电解质溶液及其在固态锂电池中的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

第一方面，本发明提供了一种硫基电解质溶液，其中，所述硫基电解质溶液包含可溶性多硫化物和有机溶剂，其中，所述可溶性多硫化物的化学式为S_y(Li₂S)_100-x-y-z(LiX)_z(P₂S₅)_x，其中，X为Cl、Br和I中的一种或多种，15≤x≤90，0≤y≤80，0≤z≤60，并且x-10≤100-x-y-z≤x+10；以及其中，所述可溶性多硫化物在所述硫基电解质溶液中的质量浓度为0.1％-40％。