[发明专利]制备用于全固态电池的硫化物基固体电解质的方法

说明书

本发明涉及一种制备用于全固态电池的硫化物基固体电解质的方法。特别地，硫化物基固体电解质可包括具有硫银锗矿型晶体结构的固体电解质晶体。该方法包括通过在溶剂中溶解硫化锂、硫化磷和卤素化合物获得前体溶液，通过从前体溶液中除去溶剂获得前体粉末。可通过这种方法生产用于全固态电池的固体电解质。

技术领域

本发明涉及一种制备用于全固态电池的硫化物基固体电解质的方法。特别地，硫化物基固体电解质可包括具有硫银锗矿型晶体结构的固体电解质晶体。

背景技术

二次电池已被用作大容量电力存储设备的高性能能源，例如电动车辆或电池电力存储系统，以及用于小型便携式电子设备，例如移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑等。为了减小便携式电子设备的尺寸并实现长时间的连续使用，已经开展了为减少部件的重量及其功耗的研究。

作为二次电池，与镍锰电池或镍镉电池相比，锂离子电池通常具有高能量密度、每单位面积的大容量、低自放电率和长寿命周期。此外，没有记忆效应，因此其易于使用且具有长寿命周期。然而，锂离子电池在过热时具有爆炸的风险，具有低能量密度和功率输出，因此，其被认为不太可能用作下一代电动车辆的电池。

特别地，由于使用液体电解质，可能由于过热导致火灾而引起安全问题。为了克服使用液体电解质的锂离子电池的问题，目前正在积极地进行使用固体电解质的全固态锂离子电池的研究和开发。

全固态锂离子电池通常包括没有引燃问题的固体电解质，并且可以具有双极结构，因此其体积能量密度高达传统锂离子电池的至少五倍。

然而，用于全固态锂离子电池的固体电解质可能非常昂贵，并且对于全固态锂离子电池的商业化，可能难以实现其大批量生产和粒度控制。因此，正在进行彻底的研究和开发可以克服这些限制的固体电解质的新制备方法。

例如，在相关领域中，硫化物基固体电解质的制备可以使用干法通过球磨来混合固体电解质前体。然而，如上所述通过干法制备硫化物基固体电解质可能是有问题的，因为研磨时间可能需要大量时间，研磨的粉末应该与球分离，并且应该收集粉末以防止污染外部环境，其可能不合需要地导致复杂的处理。

发明内容

在优选的方面，本发明可提供一种制备硫化物基固体电解质的方法。在一个方面，该方法可不包括干法。在另一方面，该方法可适用于大批量生产。

本发明的其他方面不限于前述内容，并且将能够通过以下描述清楚地理解并且通过权利要求中描述的装置及其组合来实现。

如本文所述，术语“全固态电池(all-solid cell)”或“全固态电池(all-solidbattery)”是指仅包括固态或基本上固态组分的电池(cell)或电池(battery)，例如固态电极(例如，阳极和阴极)和固体电解质。因此，在优选的方面，全固态电池不包括流体和/或可流动的电解质组分作为材料或组分。

本文提供了一种制备用于全固态电池的硫化物基固体电解质的方法。该方法可包括：i)通过在溶剂中混合硫化锂、硫化磷和卤素化合物获得前体溶液，ii)通过从前体溶液中除去至少一部分溶剂获得前体粉末，和iii)热处理前体粉末。在特定方面，可在热处理前体粉末期间或之后生长固体电解质晶体。在特定方面，这种经生长的固体电解质晶体可包括硫银锗矿型晶体结构。

如本文所用，术语“硫银锗矿晶体”、“硫银锗矿晶系”或“硫银锗矿型晶体”是指具有与天然存在的Ag₈GeS₆(硫银锗矿)类似的晶体结构或晶系的晶体结构。硫银锗矿晶体可以是具有Pna2₁空间群的正交晶系，并具有a＝15.149，b＝7.476，Z＝4的晶胞。例如，通过观察在2θ＝15.72°，18.16°，25.76°，30.28°和31.64°周围的峰，通过X射线衍射光谱也可以经验测定硫银锗矿晶体。