[发明专利]一种锂电池致密化硫化物固态电解质及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，公开了一种锂电池致密化硫化物固态电解质及制备方法。包括如下制备过程：（1）将Li₂S、P₂S₅、SiS₂、铝盐混合，得到混合物；（2）在混合物中加入硅酸铝纤维，充分研磨后过筛，得到混合物料粉末；（3）利用喷射器将混合物料粉末喷入反应通道，在恒温状态下以旋转气流条件进行反应，制得锂电池致密化硫化物固态电解质。本发明采用旋转气流恒温法制备固态电解质中，以SiS₂代替GeS₂，以Al³⁺部分取代P⁵⁺，制得的固态电解质离子不仅电导率较高，致密、均匀、结构稳定性好，而且原料价格低，有效降低了制备成本。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，公开了一种锂电池致密化硫化物固态电解质及制备方法。

背景技术

随着科技的进步锂离子电池也越来越受到人们的关注，不仅仅是在电池产品领域，在储能电池和车用动力电池领域锂离子电池最近几年也得到了长足稳步的发展。锂离子电池凭借其能量高，放电能力强，无记忆效应，储能效率高具有广泛的应用前景。

目前锂离子电池普遍采用液态电解质，但液态电解质锂电池中含有易燃性液态有机物，存在着火、爆炸等安全隐患。相对于液体电解质，固体电解质不挥发，一般不可燃，因此采用固态电解质代替锂电池的液态电解质，能从根本上解决锂电池电解质的安全问题；且固体电解质能在宽的温度范围内保持稳定，对锂稳定性较高，循环性能较好等。无机固态电解质可分为氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。

Li₁₀GeP₂S₁₂ （LGPS）属于Li₂S-GeS₂-P₂S₅体系硫化物固态电解质，是目前发现的电导率最高、最有应用前景的无机固态电解质材料之一，其室温离子电导率可达0.012S/cm。LGPS的晶体结构是三维网状结构，由四个基本单元组成：(Ge_0.5P_0.5)S₄四面体、PS₄四面体、LiS₄四面体、LiS₆八面体。目前，对于LGPS的制备和应用受到研究人员的普遍关注。

中国发明专利申请号201810206258.5公开了一种掺杂O^2-离子的锂离子固体电解质材料及其制备方法。该固体电解质材料的化学式为Li₁₀GeP₂S_12-xO_x，x＝0.3~2.0；采用固相法和高温烧结相结合的方法制备得到的该含氧的硫化物固体电解质材料，在室温条件下表现出较高的离子电导率，且化学稳定性较好，不与空气中的水发生反应，可作为一种新型的固体电解质材料应用于全固态锂离子电池。

中国发明专利申请号201380046088.4公开了一种硫化物固体电解质，含有Li、Al、Ge、P和S，将所含有的P的摩尔分数设为M₁，将所含有的A_l的摩尔分数设为M₂时，M₀＝M₂/M₁为0＜M0＜0.323，X₁和X₂为选自P、Ge和Al中的元素时，所述硫化物固体电解质是如下的晶体结构:具有由Li和S形成的八面体O、由S和X₁形成的四面体T₁、和由S和X₂形成的四面体T₂，八面体O与四面体T₁共有棱，八面体O与四面体T₂共有顶点。

根据上述，现有方案中用于锂电池的LGPS硫化物固态电解质，与金属锂之间的化学稳定性较差，并且Ge昂贵的价格，同时结构上的不稳定性，阻碍了LGPS硫化物固态电解质的发展和实际应用。

发明内容