[发明专利]一种抑制锂枝晶硫化物固态电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种抑制锂枝晶硫化物固态电解质及其制备方法与应用，其中，制备方法包括步骤：将初始硫化物固态电解质与氮化硼颗粒球磨混匀后，得到混合物料；将所述混合物料置于管式炉中通惰性气体升温至300‑550℃反应1‑20h，制得所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质。由于氮化硼颗粒本身的化学稳定性很强，普通情况下氮化硼颗粒在1200℃以上才开始在空气中氧化，真空时大约要2700℃才会分解，如此的高稳定性本应很难反应的，而本发明发现氮化硼颗粒可以在300‑550℃这种较低的温度就可以掺入硫化物固态电解质中，本发明将本身有阻止锂枝晶生成的氮化硼颗粒掺入硫化物固态电解质中，从而抑制锂枝晶穿透硫化物固态电解质层导致的电池短路。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，特别涉及一种抑制锂枝晶硫化物固态电解质及其制备方法与应用。

背景技术

由于便携式移动设备和新能源汽车的快速发展，以及未来储能系统的建设，人们需要更为高效的储能设备来满足日愈庞大的需求。目前，锂离子电池凭借其能量密度高、工作电压高、循环寿命长的优点，成为了储能设备的主力。然而，商业化的锂离子电池使用了酯类或醚类有机物作为电解液溶剂，这类有机物在电池电化学循环过程中容易与电极材料发生副反应，产生胀气，存在起火的安全隐患。相较于液体电解液所制成的锂离子电池，固态电解质具有不挥发、不易燃、无腐蚀、机械强度大等优点，由固态电解质所制成的全固态电池具有极高的安全性。

目前，主流的固态电解质有三种，分别位聚合物固态电解质、氧化物固态电解质、硫化物固态电解质，其中聚合物固态电解质拥有良好的成膜性，但锂离子电导率低；氧化物固态电解质对水氧不敏感且电导率适中，但与电极材料的表界面接触差；硫化物固态电解质具有和液体电解液媲美的离子电导率，接近1的离子迁移数，与电极材料的浸润性好，是最有前景的全固态电池方向。

由于锂金属负极拥有超高的比能量密度，一直是锂电池领域所追求的终极负极，然而因其化学性质过于活泼，在循环过程中容易生成锂枝晶形成短路导致电池的热失控，严重时会燃烧爆炸。固态电池领域，同样需要锂金属增加电池能量密度，但是固态电解质同样很难抑制锂枝晶的形成。因此在实际应用的领域，需要一款可以抑制锂枝晶生长的固态电解质。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

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抑制锂枝晶硫化物固态电解质及其制备方法与应用，旨在解决现有硫化物固态电解质易产生锂枝晶，导致全固态电池易短路的问题。

本发明的技术方案如下：

一种抑制锂枝晶硫化物固态电解质的制备方法，其中，包括步骤：

将初始硫化物固态电解质与氮化硼颗粒球磨混匀后，得到混合物料；

将所述混合物料置于管式炉中通惰性气体升温至300-550℃反应1-20h，制得所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质。

所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质的制备方法，其中，所述初始硫化物固态电解质为LPSC、LGPS和LPS中的一种，其中，LPSC的化学式为Li_6-xPS_5-xCl_1+x，0≤x≤0.8；LGPS的化学式为Li_11-yM_2-yP_1+yS₁₂，M＝Ge和Si中的一种，0.5≤y≤1.5；LPS的化学式为75Li₂S-25P₂S₅。

所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质的制备方法，其中，所述混合物料中，氮化硼颗粒所占摩尔比为1-50％。

所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质的制备方法，其中，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气和氮气中的一种或多种。

所述抑制锂枝晶硫化物固态电解质的制备方法，其中，惰性气体的流速为0.05-1L/min。