[发明专利]一种硫化物固态电解质及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种硫化物固态电解质及其制备方法和用途。所述硫化物固态电解质包括主相和硼掺杂相。所述硫化物固态电解质的制备方法包括以下步骤：(1)将硫化物固态电解质的主相的原料和硼掺杂相的原料进行混合，得到混合物；(2)将所述混合物进行烧结，成型，得到所述硫化物固态电解质。本发明中通过在硫化物固态电解质主相中掺杂硼元素，改变了固态电解质晶体结构中四面体或八面体间隙，大幅度提高了硫化物固态电解质的锂离子电导率；采用本发明提供的电解质组装成的电池，循环性能与倍率性能等都得到了提高。

技术领域

本发明属于固态锂离子电池领域，尤其涉及一种硫化物固态电解质及其制备方法和用途。

背景技术

在生产中，二次电池日趋增多，电池是储能单元，无论是电站储能、运输交通工具、电子数码产品等领域都涉及到电池。为了达到便携或者体积小，储存能量高，对电池能量密度要求要来越高。然而，随着能量密度提高，电池的安全性出现了不可控。因此，为了满足人们的生产中对高能量密度电池的需求，提高电池的安全性迫在眉睫。目前的高能量密度电池采用的隔膜与有机液态电解液在电池热失控过程中会剧烈燃烧。因此研制高安全的锂离子电池或者其他高能量电池是亟待解决的问题。

全固态电池是未来电池技术发展的必经之路，其高安全性和高能量密度越来越引起人们的关注。全固态电池是由正极材料、负极材料和固态电解质组成的，而一个好的固态电解质必须要满足高离子电导率、高离子迁移数、优异的力学性能、宽电化学稳定窗口、良好的化学/热稳定性和易制备等条件。所以，寻找和开发理想的固态电解质成为了学术界和企业界锂电人的研究热点。

硫化物型固态电解质具有较高的室温离子电导率，但大多数硫化物固态电解质材料仍然存在着对空气和水敏感，与锂电极之间的界面阻抗较大、界面稳定性差等问题，因而不易进行后续的电池组装测试，也给进一步的工业化生产带来困难。

CN108511792A提供了一种Li_xM_yP_zS_w与化合价低于4的M的化合物组成的高温定型复合硫化物固态电解质，但是该方法的缺点为仍无法从本质上解决硫化物固态电解质稳定性较差的结构缺陷，因此需要开发一种制备简单、稳定性好的硫化物固态电解质。

CN108054426A公开了一种被氧化物改性的硫化物固态电解质及其制备方法，被氧化物改性的硫化物固态电解质化学组成为Li₃PS_4-xO_x，其中0x4，使用的氧化物掺杂剂包括锂-氧、磷-氧、锂-磷-氧中任意化合物中的一种或几种的组合。但是，所述硫化物的稳定性较差。

固态电解质本身存在的缺陷是离子电导率低，与正负极材料容易产生界面效应，使得其结合出现阻碍，进一步对于电池的性能产生严重的影响，使得后续电池的开发应用难以进行。

如何能让界面实现更好的过渡，且不影响锂离子电导率，同时使得电解质材料能够与正负极材料实现更好的结合，是目前需要关注的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化物固态电解质及其制备方法和用途。本发明中通过在硫化物固态电解质主相中掺杂硼元素，改变了固态电解质晶体结构中四面体或八面体间隙，大幅度提高了硫化物固态电解质的锂离子电导率；采用本发明提供的电解质组装成的电池，循环性能与倍率性能等都得到了提高。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种硫化物固态电解质，所述硫化物固态电解质包括主相和硼掺杂相。

本发明通过在硫化物固态电解质中增加硼掺杂相，可以改变原硫化物固态电解质晶体中四面体和八面体的间隙，掺杂过程中，B原子替代了部分P原子或者部分Li原子的位置，进而改变了晶格结构，使得电解质中锂离子的通道变多，因此提高了电解质的锂离子电导率。