[发明专利]一种合成硫化锂的方法

说明书

本发明主要涉及锂电池材料领域，提供了一种以锂化溶液和单质硫为原料直接反应合成硫化锂的方法，包括以下步骤：配制锂化溶液，包括金属锂‑芳香族化合物的有机醚类溶液、碘化锂溶液、正丁基锂溶液；将单质硫加入锂化溶液中混合；将上述混合溶液依次经过室温反应、分离沉淀、干燥与热处理，即得到硫化锂。本硫化锂的合成方法原料廉价易得，工艺简单，无有害气体产生，同时合成过程温和可控。

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，具体涉及一种合成硫化锂的方法。

背景技术

固态电解质通常分为聚合物，氧化物和硫化物三大类。使用聚合物电解质的固态电池在制备工艺上接近于现有锂离子电池，但聚合物电解质室温电导率低。氧化物电解质具有良好的热稳定性、化学稳定性和电化学稳定性，但其室温离子电导率局限于10⁻³–10⁻⁴S/cm并由于其高的刚性导致与电极材料不良的界面接触。硫化物电解质具有较高的锂离子电导率，并由于相对“软”的力学性能具有较好的界面接触，因而是目前最具研究价值的电解质体系。硫化锂作为硫化物电解质不可或缺的制备原料，其生产成本的降低和工艺的简化受到广泛关注。

现有硫化锂的合成方法主要通过以下几种：(1) 以硫化氢气体为硫源：公开号为JP07330312A的专利申请公布了在非质子有机溶剂中使用氢氧化锂与硫化氢在0–150 ℃下反应生成硫氢化锂，然后将该反应液在150–200 ℃下脱硫化氢化的方法生成硫化锂；此外利用氢氧化锂与硫化氢在150–200 ℃下的反应直接生成硫化锂。公开号为JPH09283156A的专利申请利用氢氧化锂与气体硫源在130–445 ℃温度内的反应合成硫化锂。公告号为CN103813980B的专利在惰性条件下，在−20 ℃到120 ℃温度范围内，在非质子有机溶剂中进行含锂强碱与硫化氢的反应以合成硫化锂。上述合成工艺使用有毒的硫化氢为原料，对设备和工艺控制的要求较高，不利于制备过程的安全性。(2) 以单质硫为硫源：公告号为CN106784754B的专利将升华硫粉溶于无水甲苯，与碳纳米管和三乙基硼氢化锂混合的四氢呋喃溶液反应制备得到碳纳米管-硫化锂复合材料粉末，但所使用的原料三乙基硼氢化锂成本较高。公开号为CN109244383A的专利申请将溶解于醇类有机物的硫粉与氢氧化锂在80℃下水浴，反应得到蚁巢状硫包裹硫化锂复合材料。(3)以二硫化碳硫源：公告号为CN103764566B的专利利用元素锂与元素硫和/或选自CS₂、COS、SO₂、SO的含硫化合物处于液态在脂族或环脂族的烃溶剂中反应制备碳包覆硫化锂，该合成方法所用溶剂在反应温度下必须呈液态且反应温度在80 ℃至200 ℃，因而溶剂的选择性小。公开号为CN107017390A的专利申请利用氢化锂与二硫化碳在50−800 ℃加热条件的反应，原位生成硫化锂/碳复合材料，但该法使用氢化锂为原料，成本较高，且使用低沸点的二硫化碳作为原料，高温反应时反应器内压力剧增，不利于制备过程的安全性。(4) 碳热还原硫酸锂制备硫化锂：公告号为CN106299261B的专利、公开号为CN108987713A、CN109360953A、CN110112390A、CN110212180A的专利申请利用高温下不同碳源还原硫酸锂而合成硫化锂/碳纳米复合材料，但适用于制备用于锂硫电池的正极材料。