[发明专利]一种对锂负极稳定的硫化物固态电解质及其制备方法与锂离子电池

说明书

本发明公开一种对锂负极稳定的硫化物固态电解质及其制备方法与锂离子电池。包括：硫化物和抑制锂枝晶源，所述抑制锂枝晶源以晶格掺杂的方式掺杂于所述硫化物中。本发明通过将抑制锂枝晶源(Cs⁺和/或Rb⁺)以晶格掺杂的方式掺入到硫化物的晶格中，可以在电池循环过程中，使得锂枝晶表面自发形成抑制锂枝晶源离子保护层，从而抑制Li⁺在枝晶处进一步沉积，达到抑制锂枝晶生长的作用，提高电池循环性能与寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种对锂负极稳定的硫化物固态电解质及其制备方法与锂离子电池。

背景技术

目前，硫化物固态电解质由于其高离子电导率已经受到了广泛的关注。但是，硫化物本身对金属锂并不稳定，并且在使用锂金属负极时极易生长锂枝晶造成短路。

为解决上述问题，现有技术主要采用Li-In合金作为硫化物全固态电池负极，通过增加负极的对锂电势(Li-In合金的对锂电势为0.62V)，从而抑制金属锂枝晶的生长。但是该方案极大地降低了全电池的能量密度，不利于硫化物全固态电池的长期发展。

此外，现有技术也有采用石墨作为负极的方法，但是石墨本身的比容量仅为350mAh·g^-1，远低于金属锂约3870mAh·g^-1的比容量。同样会造成硫化物全固态电池的能量密度偏低，不符合未来高能量密度的电池的发展规划。

除上述方案外，也有大量的研究者通过在金属负极和电解质之间增加界面保护层来改善以上问题。但是均存在不同程度的缺陷，例如界面保护层较厚(10um)；昂贵的界面保护层(Ag)；以及最为突出的并不能解决全固态电池的枝晶生长问题。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对锂负极稳定的硫化物固态电解质及其制备方法与锂离子电池，旨在解决现有抑制金属锂枝晶生长的方法会导致全固态电池的电化学性能降低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种对锂负极稳定的硫化物固态电解质，其中，包括：硫化物和抑制锂枝晶源，所述抑制锂枝晶源以晶格掺杂的方式掺杂于所述硫化物中。

可选地，所述抑制锂枝晶源为Rb⁺和Cs⁺中的一种或两种。

可选地，所述硫化物为Li₃PS₄、Li₄P₂S₆或Li_7-aPS_6-aY_a，其中Y为Cl、Br、I中的至少一种，a的取值为0.5～2。

可选地，所述抑制锂枝晶源占所述硫化物中Li原子的原子百分数为1～10％。

可选地，所述硫化物固态电解质为Li_3-bX_bPS₄、Li_4-bX_bP₂S₆或Li_7-a-bX_bPS_6-aY_a，其中X为Rb和Cs元素中的一种或两种，b的取值为0.03-0.7。

可选地，所述硫化物固态电解质为粉末状粒子，所述粒子的粒径为0.5～5um。

一种本发明所述的对锂负极稳定的硫化物固态电解质的制备方法，其中，包括以下步骤：

将硫化物原材料和抑制锂枝晶源原材料混合，得到混合物；

将所述混合物球磨后得到硫化物固态电解质前驱体；