[发明专利]一种固态电解质片及硫化物固态电解质片的制备方法

说明书

本发明公开了一种固态电解质片及硫化物固态电解质片的制备方法，包括若干骨架和固结的固态电解质，骨架嵌在固态电解质中，骨架之间交叉，骨架之间设有孔隙；将Li₂S和P₂S₅原料按照设定的摩尔比例混合，并进行球磨，得到混合粉末，将其在保护气氛下碾碎之后密封在真空环境中，然后进行热处理，得到电解质粉末后；与聚合物纤维骨架放置在压片模具中，在保护气氛下压片后得到硫化物固态电解质片；本发明所述固态电解质片的结构能提高固态电解质的强度，有助于提高电解质片的制备成功率，采用聚合物纤维骨架制备硫化物固态电解质片本身就有很大的强度和结构稳定性，有利于降低固态电解质片的厚度，为进一步制备高能量密度的硫化物全固态电池提供可能性。

技术领域

本发明属于全固体电池技术领域，具体涉及一种固态电解质片及硫化物固态电解质片的制备方法。

背景技术

上个世纪90年代以来，锂离子电池得到大力发展，逐步应用于移动电子设备和电动汽车等领域。随着锂离子电池的大规模应用，其安全问题也不容忽视。由于传统锂离子电池含有大量的易燃易爆的有机液态电解液，当电池过充过放或者发生冲击碰撞时，容易导致电池的燃烧甚至爆炸。电池的安全性问题也限制了锂离子电池进一步的大规模应用。而目前全固态电池由正极、负极和固态电解质组成，不含有任何液态电解液，因此其具有极高的安全性，可以从根本上解决电池的安全性问题，具有广阔的应用前景。一般来说固态电解质可以分为凝胶聚合物固态电解质、无机固态电解质以及符合固态电解质，无机固态电解质有可以分为硫化物固态电解质、氧化物固态电解质和氮化物固态电解质。其中，硫化物固态电解质因为具有高室温离子电导率(0.1-1.0mS/cm)、宽广的电化学窗口(>5.0V vs.Li/Li+)、优异的机械性能和优异的热稳定性，因此得到了广泛研究。

硫化物全固态电池中至关重要的部分就是硫化物固态电解质，它对电池的性能起到了决定性的作用。硫化物固态电解质的制备方法通常是通过高能球磨和热处理两个步骤，然后将制备得到的粉末压制成全固态电解质片。但是由于所制备的固态电解质片是直接由粉末组成的陶瓷，因此在压片过程中固态电解质片极易破碎，限制了其大规模的工业化生产。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种固态电解质片及硫化物固态电解质片的制备方法，本发明所述硫化物固态电解质片中设置聚合物纤维骨架，提高硫化物固态电解质的强度和稳定性，能解决压片过程中固态电解质片易破碎的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种固态电解质片，包括若干骨架和固结的固态电解质，骨架嵌在固态电解质中，骨架之间交叉，骨架之间有微孔。

固态电解质为硫化物，所述硫化物为Li₇P₃S₁₁、Li₃PS₄或80Li₂S-20P₂S₅。

骨架之间采用有规律或随机的排列方式。

骨架采用聚合物纤维骨架，密度为1±0.2mg/cm²，微孔孔径为200-400μm，微孔与微孔之间连通。

一种硫化物固态电解质片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将Li₂S和P₂S₅原料按照设定的摩尔比例混合，并进行球磨，得到混合粉末；

步骤2，将步骤1所得混合粉末在保护气氛下碾碎之后密封在真空环境中，然后进行热处理，得到电解质粉末；

步骤3，取聚合物纤维骨架放置在压片模具中，在保护气氛下取出步骤2所得电解质粉末并进行筛选，经过筛选的电解质粉末均匀地铺展在聚合物纤维骨架上，在模具中压片后得到硫化物固态电解质片。