[发明专利]非晶态硫化物固体电解质及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种非晶态硫化物固体电解质及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的非晶态硫化物固体电解质的制备方法，包括如下步骤：在惰性气氛或真空条件下，将锂源和其他原料混合球磨8‑12h即得；所述锂源为氢化锂或氢化锂与LiCl、LiBr、LiI中的至少一种组成的混合锂源。本发明的非晶态硫化物固体电解质的制备方法通过球磨处理时的微区合金化过程，进而引发连锁反应，只需要短时间球磨反应。上述氢化锂为锂源的必需成分，避免了使用Li₂S等昂贵的原料。另外，氢化锂一方面提供重要的锂源，另一方面为系统充分反应提供有利于合金化的热力学环境，有利于短时间一次合成目标产物。

技术领域

本发明涉及一种非晶态硫化物固体电解质及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

目前，大多数锂离子电池都采用液态电解质作为锂离子在正极与负极之间传输的载体。但是，液态电解质容易出现漏液、热失控下的氧化燃烧、腐蚀电极等安全问题，限制了其在3C、电动汽车、极端环境等领域的应用。尽管凝胶电解质、聚合物电解质、聚合物-无机物复合电解质等材料在一定程度上可避免漏液等问题，但是这几类材料仍含有大量的易燃有机物，未能从根本上解决热失控下燃烧等安全问题。而利用固体电解质层取代本质上易燃的有机电解液，发展固态锂离子电池技术，是解决当前锂离子电池安全问题的根本途径。

制备性能良好的全固态锂离子电池的关键在于获得高室温离子电导率的固体电解质以及具有可工业化应用的低成本制备工艺方法。目前，已经制备出了离子电导率能与液体电解质相媲美的硫化物固体电解质。如具有正方晶系的Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS晶体结构)组成的晶态硫化物电解质、Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3(LGPS晶体结构)组成的晶态硫化物电解质等。这类固体电解质的室温离子电导率可以超过10mS/cm，优于现有的液态电解质。但是，其制备时所采用的基本原料为Li₂S、SiS₂、GeS₂等价格昂贵的化合物，制备成本过高，严重制约了该类晶态硫化物电解质的产业化应用。另外，该类晶态硫化物电解质的制备方法过于复杂，一般需要先通过长时间球磨(40小时以上)获得粉体物料，然后将其密封于石英玻璃管中进行高温晶化处理。

非晶态硫化物电解质的制备原料相对于晶态硫化物电解质来说成本有一定程度的降低，其制备所使用的方法主要为熔融-淬火法、高能球磨法等。其中熔融淬火方法虽然能获得具有10^-4S/cm数量级的锂离子电导率的电解质，但是该方法需要高温将原料熔化成液态，然后经过急冷淬火处理，该工艺较为复杂、能耗较高，不太适宜工业化生产。而高能球磨法需要40甚至200个小时以上才能得到非晶化程度较好的材料，制备周期过长，对高能球磨设备耗损严重。如申请公布号为CN105609870A的中国发明专利申请公开了一种非晶态硫化物固体电解质的制备方法，该方法利用高能球磨法制备出非晶态的Li₁₀GeP₂S₁₂，使用了锂单质、GeS₂等作为原材料。其中Ge有毒，而且GeS₂价格高昂，导致其制得的非晶态硫化物固体电解质Li₁₀GeP₂S₁₂成本仍然较高。

发明内容

本发明的目的还在于提供一种上述非晶态硫化物固体电解质的制备方法，该方法合成周期短，操作简单，制得的非晶态硫化物固体电解质成本低、环境友好。

本发明的目的在于提供一种成本低、环境友好的非晶态硫化物固体电解质。

本发明的目的还在于提供一种使用上述非晶态硫化物固体电解质的锂离子电池，该锂离子电池的生产成本较低，并具有良好的充放电循环稳定性、高安全性。