[发明专利]一种固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种固态电解质及其制备方法和应用，所述固态电解质的制备方法，至少包括以下步骤：将含有锂、磷、硫、卤素的原料混合后，加热煅烧，得到烧结产物；将烧结产物研磨为粉末，得到卤素掺杂硫银锗矿型固态电解质。本申请采用简单的球磨‑煅烧两步法即可得到卤素掺杂硫银锗矿型固态电解质，操作简单。制备得到的固态电解质粉末，易压制成型，且具有较高的电子电导率；将其应用于锂硫电池，可以实现锂硫电池数十圈的稳定循环；同时避免了液态锂硫电解液的使用，消除了多硫化物的穿梭效应，提高了锂硫电池的安全性。

技术领域

本申请涉及一种固态电解质及其制备方法和应用，属于锂硫电池领域。

背景技术

作为下一代储能电池的新宠，锂硫电池在近十几年来受到科研工作者的广泛关注，由于硫元素具有在地壳中的丰富储量、理论比容量高(1675mAh/g)等特点而使锂硫电池表现出巨大的应用潜能。但是硫也有严重的缺陷，比如其电导率极低，严重的穿梭效应等一直被人们所诟病。为了解决上述问题，目前人们主要采用导电性较好的碳材料与硫复合来提高硫正极导电性，同时利用碳壳的物理限制作用减少多硫化物穿梭，或者在正极中添加氧化物、硫化物、氮化物等极性材料对多硫化物进行吸附和催化转化来减少多硫化物穿梭，从而提高锂硫电池循环性能。

上述技术方法能在一定程度上改善锂硫电池的性能，但是目前所使用的液态锂硫电解液不可避免的会溶解一定量的多硫化物，穿梭效应依然存在，从而阻碍了电池性能的提升，且在商业化应用时电池的安全性也是一大挑战。在这种情况下，固态电解质的提出和应用可以从根本上解决多硫化物穿梭问题，且电池的安全性获得很大提高，因此基于固态电解质的固态锂硫电池的成功研制与开发有望在未来获得广泛的商业应用。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种固态电解质的制备方法，该方法采用简单的球磨-煅烧两步法即可得到卤素掺杂硫银锗矿型固态电解质，将该固态电解质用于锂硫电池能够消除多硫化物的穿梭效应，提高了锂硫电池的安全性。

所述固态电解质的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤1，将含有锂、磷、硫、卤素的原料混合后，加热煅烧，得到烧结产物；

步骤2，将所述烧结产物研磨为粉末，得到卤素掺杂硫银锗矿型固态电解质。

可选地，步骤1中，含有锂、磷、硫、卤素的原料包括锂源、磷源、硫源和卤素源；

锂源选自氯化锂、硫化锂、氟化锂中的至少一种；

磷源选自五硫化二磷、五氧化二磷中的至少一种；

硫源选自硫化锂、五硫化二磷中的至少一种；

卤素源选自氯化锂、高氯酸锂中的至少一种；

优选地，含有锂、磷、硫、氯的原料包括氯化锂、硫化锂和五硫化二磷。

可选地，氯化锂、硫化锂和五硫化二磷的摩尔比为1-3：2-6：1。

具体地，氯化锂、硫化锂和五硫化二磷的摩尔比中，氯化锂的摩尔比可独立选自1、1.5、2、2.5、3，或者上述任两个点值之间的任一数值。

具体地，氯化锂、硫化锂和五硫化二磷的摩尔比中，硫化锂的摩尔比可独立选自2、3、4、5、6，或者上述任两个点值之间的任一数值。

可选地，步骤1包括：将含有锂、磷、硫、氯的原料在密闭条件下混合后，煅烧，得到烧结产物。

可选地，步骤1中，混合方式包括球磨；

球磨的转速为100-200转/分，球磨的时间为0.5h-1.2h。

具体地，可以先将原料进行预混合，然后再进行球磨。预混合及球磨过程都要做好密封，防止空气和水蒸气的干扰。