[发明专利]一种硫化物固态电解质材料及其制备方法与固态电池

说明书

本发明涉及电解质材料，具体公开了一种硫化物固态电解质材料及其制备方法与固态电池。所述硫化物固态电解质材料包括内核及包覆在所述内核表面的包覆层；其中，所述内核为硫化物电解质颗粒，所述包覆层为不含锂的疏水分子层。本发明的包覆层为疏水分子层可以阻挡环境中的水氧，同时疏水分子层防止了硫化物与锂负极直接接触发生反应，且不会阻挡锂离子的传输；因此可同时提高硫化物电解质的环境稳定性和与锂负极的界面稳定性。

技术领域

本发明涉及电解质材料，具体地说，涉及一种硫化物固态电解质材料。

背景技术

硫化物固态电解质室温下具有较高的离子导电率和较宽的电化学稳定窗口，是制备全固态电池中固态电解质的理想选择。然而，目前所报道的含P元素的无机硫化物固态电解质在空气条件下不稳定，会与空气中的氧气、水蒸气、二氧化碳等发生不可逆的化学反应从而导致硫化物的结构发生变化以及离子电导率降低，这严重的影响了其在固态锂电池中的广泛应用。

另一方面，硫基固态电池如负极采用金属锂，由于金属锂的高度还原性，硫化物固态电解质、特别是对于含有高价离子的硫化物电解质(如Ge⁴⁺、Si⁴⁺、Sn⁴⁺)会与锂负极在界面处持续地发生反应，导致界面阻抗不断增大，从而影响电池的容量保持率。

此外，硫化物固态电解质在有机溶剂(如：苯甲醚、四氢呋喃(THF)、甲苯、二甲苯或1,2-二氯乙烷)中的稳定性，决定了全固态电池能否利用现有的液态产线工艺技术。

发明内容

为了解决现有技术中硫系固态电池必须水氧含量较低(小于1ppm)的条件下进行组装的问题，本发明提供了一种新型的硫化物固态电解质材料，提高硫化物固态电解质材料在空气中的稳定性以及与锂负极的相容性，同时还可提高硫化物固态电解质材料与特定的溶剂(如：苯甲醚、四氢呋喃(THF)、甲苯、二甲苯或1,2-二氯乙烷)的相容性，以实现在现有液态电池产线的环境下进行极片的涂布和固态电池的组装。

为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种硫化物固态电解质材料，包括内核及包覆在所述内核表面的包覆层；其中，所述内核为硫化物固态电解质颗粒，所述包覆层为不含锂的疏水分子层。

作为优选，所述疏水分子层的材料为正十八烷基磷酸、正十六烷基磷酸、或正十二烷基磷酸。

作为优选，所述硫化物固态电解质颗粒为含磷硫化物固态电解质颗粒。

进一步优选，所述含磷硫化物固态电解质颗粒含有Ge、Si或Sn。

或进一步优选，所述含磷硫化物固态电解质颗粒选自玻璃相或玻璃陶瓷相的Li₂S-P₂S₅、掺杂改性的Li₂S-P₂S₅、Li₁₀GeP₂S₁₂、掺杂改性的Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₆PS₅Cl。

其中，掺杂改性的掺杂相选自下述中的至少一种：P、LiF、LiCl、LiBr、LiI、P₂S₃、P₂O₅、Al₂S₃、SiS₂、SnS₂和LiBH₄。

第二方面，本发明提供一种硫化物固态电解质材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将疏水材料溶于有机溶剂中，配置成质量浓度为1～10％的疏水材料溶液；所述疏水材料为正十八烷基磷酸、十六烷基磷酸、或十二烷基磷酸；