[发明专利]一种基于氧掺杂的硫化物固体电解质及其制备方法

说明书

一种基于氧掺杂的硫化物固体电解质，其化学成分的质量百分比为：硫化锂或硒化锂36‑60％、五硫化二磷或五硒化二磷18‑48％、金属氧化物或个别非金属氧化物1‑23％、氯化锂、溴化锂或碘化锂8‑37％；上述硫化物固体电解质的制备方法主要是对上述原料充分混合后进行压片，放入石英管中进行烧封，再放入马弗炉中，以较缓慢的升温速率加热到400～600℃，最佳升温速率为0.3℃/分钟，保温12～48小时，冷却至室温；再将其研磨成粉末，制得基于氧掺杂的硫化物固体电解质。本发明制备简单、可重复性高、制备的固体电解质具有较高离子电导率和对空气和正负极稳定性好。

技术领域

本发明属于新材料领域，特别涉及一种固体电解质及其制备方法。

背景技术

近年来锂离子电池作为一种二次电池在移动电话、电动汽车、笔记本电脑照相机等领域得到广泛应用。然而，传统的液态锂离子电池广泛使用易燃易爆的有机电解质，安全性成为制约传统锂离子电池发展的关键性问题。近年来，全固态锂离子电池引起了人们的广泛关注，由于无机固态电解质不仅具有不易燃、耐高温的优点，而且还具有较高的电化学稳定性，因此使用无机固体电解质取代液态的有机电解质，发展锂全固态电池能很好的解决上述安全问题。同时固态存在的形式使得电池可以在单元内进行串联从而获得大电压单体电池(J.Asian Ceram.Soc.2013,1,17)。

在无机固体电解质当中，和氧化物固体电解质相比，硫化物电解质具有较高的离子电导率和形变能力，但是硫化物固体电解质对空气较为敏感，对正极和金属锂的电化学稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备简单、可重复性高、可用于制备具有较高离子电导率和对空气和正负极稳定性好的基于氧掺杂的硫化物固体电解质及其制备方法。本发明主要是基于立方相硫银锗矿结构的掺O型硫化物固体电解质，所引入的氧化物既作为掺杂体，又能形成富氧纳米包覆相。

本发明的基于氧掺杂的硫化物固体电解质的化学成分的质量百分比为：硫化锂或硒化锂36-60％、五硫化二磷或五硒化二磷18-48％、金属氧化物或个别非金属氧化物1-23％、氯化锂、溴化锂或碘化锂8-37％；

所述金属氧化物为As、Sb、Si、Ge、Sn、Pb、B、Al、Ga、Zn、Cu、Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Zr、Mg、Ba、La、Li的氧化物，所述个别非金属氧化物为五氧化二磷、三氧化二砷、二氧化硅、磷酸锂、砷酸锂和硅酸锂。

上述基于氧掺杂的硫化物固体电解质的制备方法为两种：

(1)将上述Li₂S、Li₂Se、P₂S₅、P₂Se₅、LiCl(或LiBr、或LiI)作为基体原料，其纯度为99.9％；金属氧化物作为掺杂体原料，其纯度为99.9％；在惰性气体保护的手套箱内将上述原料放入到研钵中或者采用球磨机将其充分混合；将混合好的粉末使用压片机进行压片，放入一端封闭的石英管中，抽真空至0.1Pa，烧封石英管；再将烧封后的封闭石英管放入马弗炉中，以较缓慢的升温速率加热到400～600℃，最佳升温速率为0.3℃/分钟，保温12～48小时，最后炉内冷却、冰水冷或油冷至室温；将冷却后的块体从石英管中取出，在手套箱中用研钵手动或采用球磨机将其研磨成粉末；球磨采用低转速100～200转/分钟，球磨时间2小时，在高纯氩气(99.999％)保护下球磨，制得基于氧掺杂的硫化物固体电解质。