[发明专利]一种Li6

说明书

本发明属于全固态锂离子电池领域，更具体地，涉及一种Li₆PS₅Br固态电解质、其制备和应用。该固体电解质的化学式为Li_6–nxM_xPS₅Br，其中，n为2、3或4；M为Al、B、Si、Fe、Ge、Sn中的至少一种，0.05≤x≤0.3；该固态电解质的晶体结构具有立方体晶型的空间群，Br和S占据了立方体的顶点和面心，四面体PS₄占据了立方体各条边的中点以及立方体的体心；立方体的内部还有四个独立的S原子，每一个所述独立的S原子的周围有18个空位，且部分空位被Li⁺或Mⁿ⁺占据。本发明的固体电解质材料具有高离子电导率，且相对锂金属负极较稳定。

技术领域

本发明属于全固态锂离子电池领域，更具体地，涉及一种Li₆PS₅Br固态电解质、其制备和应用。

背景技术

锂离子电池目前已经占据了我国的电动汽车市场，也有可能将大规模应用于电网储能市场，是解决目前能源问题的关键技术之一。在电动汽车中，能量密度是动力电池性能的第一指标，而储能电池则更看重成本与安全性。同时，随着电动车销量的增长，自燃爆炸等安全事故发生的频次也明显增加，安全性问题已经成为了阻碍锂离子电池进一步应用和发展的关键性问题。安全性问题产生的主要原因是锂离子电池中使用了易燃的有机电解液。全固态电池借助固态电解质进行离子传导，其相比传统的液态电池不易燃、不挥发，电池的安全性得到大幅提高。因此得到了学术界和产业界的广泛关注，被认为最有潜力的下一代锂离子电池技术之一。

全固态电池和传统的锂离子电池相比，除了安全性好之外，还可能突破现有电池体系的能量密度限制，同时具有温度适应性好等优点。固态电解质是全固态电池的关键材料，其性能在很大程度上决定了全固态电池的循环稳定性、倍率性能、安全性和使用寿命等。全固态电池研究的核心就是要找到高离子电导率且电化学稳定的固态电解质和探索让电解质与电极间的固-固界面稳定的方法。而目前大部分的固态电解质都有离子电导率不够高、电化学窗口不够稳定以及各种界面问题，这些问题使目前的全固态电池的综合性能还无法满足应用的需求，也没有可以推出的市场化产品。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种Li₆PS₅Br固态电解质、其制备和应用，其通过采用Al、B、Si、Fe、Ge和Sn中的至少一种元素的离子取代Li₆PS₅Br固态电解质中Li⁺在其晶体结构中的位置，通过缩短晶体结构中的离子跳跃路径提高该电解质的离子电导率，由此解决现有技术Li₆PS₅Br固态电解质离子电导率较低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种固态电解质，该固体电解质的化学式为Li_6–nxM_xPS₅Br，其中，n为2、3或4；M为Al、 B、Si、Fe、Ge、Sn中的至少一种，0.05≤x≤0.3；M元素的化合价为+n 价；

该固态电解质的晶体结构具有立方体晶型的空间群，Br和S占据了立方体的顶点和面心，四面体PS₄占据了立方体各条边的中点以及立方体的体心；立方体的内部还有四个独立的S原子，每一个所述独立的S原子的周围有18个空位，且部分空位被Li⁺或Mⁿ⁺占据。

优选地，M为Al。

优选地，x的范围为0.15≤x≤0.25。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的固态电解质的制备方法，包括如下步骤：