[发明专利]改性硫基固态电解质及其制备方法、固态锂离子电池

说明书

本发明提供了一种改性硫基固态电解质及其制备方法、固态锂离子电池。该改性硫基固态电解质包括硫基固态电解质体和附着于硫基固态电解质体表面的涂覆层，其中，涂覆层包括改性的聚丙烯酰胺凝胶，硫基固态电解质体包括硫基固态电解质颗粒的集合体，硫基固态电解质颗粒包括硫基固态电解质粉末和包覆于硫基固态电解质粉末表面的包覆层，包覆层包括Lisubgt;2/subgt;O‑2Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;包覆层。Lisubgt;2/subgt;O‑2Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;包覆层有助于抑制硫基固态电解质粉末与锂金属负极的化学反应，极大地提升硫基固态电解质粉末与锂金属负极的界面相容性。同时有效缓解固态电解质粉末与锂金属负极的界面应力，进而减小界面电阻，提升固态锂离子电池的电学性能。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，具体而言，涉及一种改性硫基固态电解质及其制备方法、固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池已经成为生活的必需品，在日常生活的各方面扮演着重要的角色。传统液态锂离子电池主要采用溶剂和锂盐的方式，利用有机酯类或有机醚类电解液将锂盐溶解并通过添加成膜保护剂等方法实现锂离子电池的安全长循环，但是这一类有机溶剂容易挥发、易燃，存在较大的安全风险，而且有机电解液在电池发生短路和内部热聚集的时候，极易被引发起火，造成严重的安全事故，与此同时有机电解液的加入增加了非活性物质的总体占比，降低了锂离子电池的总体比能量。

与有机液体电解质不同的是无机固态电解质是不易燃的，而且在热失控方面具有更高的起始温度，因此无机固态电解质表现出较高的化学稳定性、高离子电导率和安全性，从而备受人们关注，使用不易燃的固态电解质代替易燃的液态电解液作为锂离子传输的载体可以极大地提高电池的安全性能，并且固态电解质材料一般具有很宽的电化学窗口，适用于高电压电极材料，其中，无机固态电解质中的硫基固态电解质是目前报道的在室温下离子电导率可达到与液态电解质相比拟的固态电解质材料，硫基固态电解质中的S元素基本以非桥接硫形式存在，使得其具有更高的离子电导率，被认为是未来最有可能工业化生产的固态电解质。

另外，由于S与Li的结合力相对较弱，在锂离子传输过程中有利于锂离子不断的络合解离进行传输，从而提高了硫基固态电解质的离子传导率。且可以通过控制制备条件与元素合成得到具有锂离子传输通道的快离子导体结构的硫基固态电解质，从而大大提高其离子电导率，因此，硫基固态电解质相对于氧化物等其它固态电解质的电导率相对较高，但是硫基固态电解质的界面阻抗较大，在组装成固态锂金属电池的时候，随着循环的加深，界面处会出现微小的裂缝，从而导致固态锂金属电池的失效，具体地，分析如下：

(1)由于固态电解质没有液态电解质流动性，使得固态电解质与电极材料的固固接触面积较小，从而使得电极材料与电解质材料的固固界面阻抗较大。(2)界面稳定性问题，这主要包括固态电解质与电极界面的化学稳定性与电化学稳定性两个方面，固态电解质材料与电极材料在接触或一定电势下发生反应生成不利于锂离子传导的界面物质，或者在循环过程中界面发生元素扩散使得界面电阻增大，从而致使全固态电池的性能下降。(3)界面应力问题，由于固态电解质与电极材料的体积膨胀系数不同，在电池充放电过程中随着电池循环的加深，由于电极材料嵌锂、脱锂过程造成体积的膨胀与收缩，从而使得电极材料与固态电解质界面接触性变差，进而导致电池性能下降。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性硫基固态电解质及其制备方法、固态锂离子电池，以解决现有技术中硫基固态电解质的界面阻抗较大、离子传输效率低、界面稳定性差以及界面应力大导致固态锂金属电池的电学性能较差的问题。