[发明专利]用于固体电池的基于硫化物的固体电解质制造方法

说明书

本发明公开了一种用于全固体电池的固体电解质的制造方法。该方法可以包括：制备包括含有氰基的第一极性有机溶剂和含有羟基的第二极性有机溶剂的溶剂混合物；通过将起始原料例如Li₂S、P₂S₅和LiCl溶解在溶剂混合物中，制备电解质混合物；和通过对电解质混合物进行搅拌，制造固体电解质。该方法还可以包括：通过使溶剂混合物蒸发，使固体电解质沉淀；和对沉淀的固体电解质进行热处理。具体地，溶剂混合物可以基于起始原料的总重量为大约0.01‑0.03wt％的量包括第二极性有机溶剂。

发明领域

本发明涉及制造用于全固体电池的固体电解质的制造方法，该固体电解质可以具有很高的离子电导率，并具有很高的化学和电化学稳定性。

背景技术

随着智能电话和小型电子装置的广泛使用，作为其小型电源的锂二次电池的开发日益增长，随着电动车辆的开发，对锂二次电池的需求进一步增加。

锂二次电池包括可以发送和接收锂离子的阴极和阳极，以及负责锂离子传输的电解质。典型的锂二次电池包括液体电解质，该液体电解质包括溶解在有机溶剂中的锂盐，并具有由有机纤维形成的隔板，其用于防止阴极和阳极之间的物理接触，以防止短路。由于使用可燃性的有机溶剂作为电解质溶剂，在物理损坏导致短路的情况下，极易发生火灾和爆炸，事故频发。

全固体电池(all-solid battery)包括无机固体电解质，该无机固体电解质替代了可燃性液体电解质。无机固体电解质的材料是全固体电池的关键元件，其主要包括氧化物和硫化物。尤其是，基于硫化物的固体电解质具有与液体电解质一样高的离子电导率，可以是最有前途的固体电解质。

近年来，在相关技术中，设计了一种通过在极性有机溶剂中使Li₂S与P₂S₅反应来合成基于硫化物的固体电解质的方法，作为合成基于硫化物的固体电解质的量产工艺。例如，基于硫化物的固体电解质可以通过将起始原料在极性有机溶剂中的溶解和沉淀来合成。尽管固体电解质的性能可能会由于残留的有机溶剂而变差，但可以得到均匀、精细的固体电解质，并可以保证其大规模生产。

然而，用上述方法制备的固体电解质存在问题。例如，由于其中为了提高离子电导率而在其中过量地含有Li₂S，最终产物中残留的大量Li₂S可以与水发生反应，或者与锂的电化学稳定性会变差。溶解沉淀法可能不易用于去除溶解度低的有机残留物或Li₂S造成的杂质。因此，离子电导率或化学稳定性会由于残余的Li₂S量而降低。

发明内容

在优选方面，本发明提供了一种制造用于全固体电池的基于硫化物的固体电解质的方法，该固体电解质具有很高的离子电导率，并具有很高的化学和电化学稳定性。

例如，虽然本发明的基于硫化物的固体电解质可以包括残余量的Li₂S，固体电解质中具有硫银锗矿(argyrodite)结构的Li₆PS₅X(X＝Cl，Br，I)在室温下可以具有相当高的锂离子电导率10^-2至10^-3S·cm^-1。

本发明还包括经由液相法合成固体电解质。

一方面，提供一种制造用于全固体电池的固体电解质(“基于硫化物的固体电解质”)的方法。该方法可以包括以下步骤：制备包括第一极性有机溶剂和第二极性有机溶剂的溶剂混合物；制备包括起始原料例如Li₂S、P₂S₅和溶剂混合物的电解质混合物；和由电解质混合物制备固体电解质；

上述方法还可以包括以下步骤：使固体电解质沉淀；和对沉淀的固体电解质进行热处理。