[发明专利]一种硫化物基固体电解质的制备方法

说明书

本发明涉及一种硫化物基固体电解质的制备方法，步骤如下：将原料真空干燥，惰性气氛下，按计量比称取干燥的原料，混合研磨获得混合粉体；将混合粉体转移到高压反应釜中，加入溶剂后将反应釜密封置于马弗炉中进行热处理；降温后加入丙酮使固体沉淀，将粉末过滤出后用乙醇洗涤、真空干燥后得到初料；惰性气氛下，对初料进行热处理得到最终产物。本发明中所制备的Na₃XS₄(X=P、Sb)固体电解质批次重现性好且离子导电性高；该方法操作简单、成本低、效率高、纯度高，利于规模化制备。

技术领域

本发明属于钠离子电池的固体电解质领域，具体涉及一种用于全固态钠离子电池的硫化物基固体电解质Na₃XS₄(X=P、Sb)的制备方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的兴起，纯电动汽车以及混合动力汽车的快速发展，锂离子二次电池的需求量更是大大增加，这些无疑都会加大对锂资源的需求，值得注意的是，锂元素在地壳中元素丰度仅为0.0065%，而储能系统对锂资源的需求也将非常巨大，锂电池的发展无疑会受到价格的桎梏。与此同时，作为地球上元素丰富度第六的与锂元素同主族的钠吸引了人们的关注，在地壳中钠元素丰度2.74%，为锂元素的420倍之多，钠元素的提炼过程也较为简单。作为电池储能系统的候选者，钠离子二次电池相比锂离子二次电池有着成本低、安全性好等优势，钠离子二次电池正极材料的研究成为了人们关注的热点之一。然而，由于枝晶生长不受控制和与液体电解质的副作用，金属钠阳极一直存在问题。而全固态钠电池是防止钠枝晶生长和消除易燃有机电解液引起的安全隐患的有希望的解决方案。目前，在固体电解质中，全固态钠离子电池硫化物基固体电解质如立方相Na₃PS₄具有较好的成形性、较低的晶界电阻和可比的离子导电性，因而应用前景广阔。然而，要实现硫化物固体电解质的实际应用，还需优化合成方法以降低成本。电解质通常由机械化学和固相技术合成。例如，公开号为CN108390094A的中国专利公开了一种空气稳定钠离子硫化物固体电解质的制备方法，该硫化物固体电解质材料的室温钠离子导电率约10^-4s/cm，其制造过程是先高速球磨混料15h，随后模压成片后真空550℃热处理24h得到硫化物电解质，该方法合成时间过长，制造方法复杂，批次重复率低且成本较高。不易进行工业化规模生产。因此需要进一步探索操作简单高效、环境友好、低成本、批次重复率高以及易于批量化实现的硫化物基固体电解质制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种操作简单、高效、易于工业化生产的用于全固态钠离子电池的硫化物基固体电解质Na₃XS₄(X=P、Sb)的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硫化物基固体电解质的制备方法，包括：

步骤一，将原料真空干燥，干燥温度为50~100℃，时间为6~20h；制备Na₃PS₄时原料为Na₂S 和P₂S₅；制备Na₃SbS₄时，所述原料为Na₂S、S和Sb₂S₃；

步骤二，惰性气氛下，按计量比称取干燥的原料，混合研磨获得混合粉体；

步骤三，将混合粉体转移到高压反应釜中，加入溶剂后将反应釜密封置于马弗炉中进行热处理；

步骤四，降温后加入丙酮使固体沉淀，将粉末过滤出后用乙醇洗涤、真空干燥后得到初料；

步骤五，惰性气氛下，对初料进行热处理得到最终产物。热处理温度为200~500℃，保温时间为1~3h。