[发明专利]一种硫化物/聚合物复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫化物/聚合物复合固态电解质及其制备方法。包括如下步骤：首先通过砂磨和热处理反应得到硼酸修饰型硫化物锂离子电池固态电解质，然后通过热处理反应在其表面包覆了一层聚合物固态电解质。本发明的主要益处是：通过加入硼酸对硫化物固态电解质进行修饰，硼酸在焙烧过程中熔融，均匀包覆在硫化物固态电解质表面，可有效提高硫化物的结构稳定性；利用聚氧化乙烯低熔点的特性，在硫化物固态电解质表面原位包覆了包覆一层聚合物固态电解质，该有机固态电解质层可以提升颗粒之间的界面接触，降低晶界电阻。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池固态电解质领域，尤其涉及一种硫化物/聚合物复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

在国家政策的支持下，我国新能源汽车产业取得了飞速发展，目前年产销量已达到了全球的一般以上。众所周知，动力电池是新能源汽车的核心部分，其中锂离子电池在成本、能量密度方面具有明显的优势，能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性，在动力电池领域占统治地位。但近期新能源汽车的安全事件时有发生，究其根本原因，现在的溶液型电解液为易燃有机物体系，且电化学窗口窄，采用通常的改进方法无法彻底解决。采用固态电解质具有电化学窗口宽，热稳定性高，不仅可以从根本解决锂离子电池的安全性问题，同时大大简化制造封装工艺，提高电池的能量密度(在现有正负极体系下比能量密度可以提升20％～50％)、可靠性和设计自由度。

固态电解质是锂离子固态电池的核心，其直接决定了锂离子固态电池倍率性能、安全性能和循环性能等关键性能。现有固态电解质体系中主要无机固态电解质体系和有机固态电解质体系，无机固态电解质主要包硫化物、磷化物和氧化物几种，其中硫化物固态电解质的离子扩散系数最优，达到了10^-3S/cm数量级，基本达到了锂离子电池的使用要求，但硫化物的稳定性较差，遇水汽会发生分解，生成硫化氢气体；且其粉体之间为硬接触，晶界电阻很大，严重影响了其实际应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种硫化物/聚合物复合固态电解质及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种硫化物/聚合物复合固态电解质，其特征在于：所述硫化物/聚合物复合固态电解质的组成为：以质量比计，包括a份硫化物，所述硫化物分子式为7(1+x)Li₂S·3P₂S₅·yH₃BO₃；b份聚合物，所述聚合物分子式为H-(-O-CH₂-CH₂-)_n-OH；c份双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiN(CF₃SO₂)₂。

优选的，0.05≤x≤0.1，0.05≤y≤0.1；1％≤b/a≤3％；15≤b/c≤25

一种硫化物/聚合物复合固态电解质及其制备方法，包括如下步骤：

1)根据分子式7(1+x)Li₂S.3P₂S₅.yH₃BO₃称取Li₂S、P₂S₅和H₃BO₃，加入有机溶剂在砂磨机中进行砂磨，得到固液混合物I，粒度D₅₀≤0.1μm；

2)将固液混合物I在氮气保护，全密闭喷雾干燥机中喷雾干燥，得到物料II，粒度D₅₀＝12～18μm，其中喷雾干燥温度为120～160℃；

3)将所述物料II在氮气气氛中热处理，得到物料Ⅲ，其中热处理温度为300℃～350℃，热处理时间为8h～16h；

4)将所述物料Ⅲ在氮气气氛中气流破碎，得到物料Ⅳ，粒度D₅₀＝2～4μm；