[发明专利]硫化物电解质材料及其制备方法与全固态锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及硫化物电解质材料其制备方法与全固态锂二次电池。

背景技术

当前，锂二次电池在日常生活中得到了广泛应用，成为社会不可分割的一部分。锂二次电池具有输出功率大、能量密度高、使用寿命长、平均输出电压高、自放电小、无记忆效应、可快速充放电、循环性能优越与无环境污染等优点，成为当今用于便携式电子产品的可充电电源的首选对象，也被认为是最具竞争力的车用动力电池。锂二次电池分为液态锂二次电池和固态锂二次电池。其中，固态锂二次电池是指电池各单元包括正极、负极以及电解质，全部采用固态材料的锂二次电池，因此固态锂二次电池又称全固态锂二次电池。由于全固态锂二次电池具有液态锂二次电池不可比拟的安全性，并有望彻底消除使用过程中的安全隐患，更符合电动汽车和规模储能领域未来发展的需求。

全固态锂二次电池按照采用的电解质材料可分为两大类，一类是全固态无机电解质锂离子电池，其采用无机固体化合物作为电解质；另一类是全固态聚合物锂离子电池，其采用聚合物作为电解质。全固态聚合物锂离子电池易于小型化、可塑性强、可制成各种形状，但使用温度范围窄、锂离子电导率低、易结晶、电极和电解质界面难以控制等缺点制约了其在工业化方面尤其是在动力和储能领域的发展。全固态无机电解质锂离子电池具有超长的循环性能以及制备方法简单、成本低、安全性高、机械强度高、使用温度范围宽等优点，既可以大规模制备以满足大尺寸电池的需求，又可以制作成薄膜，使电池小型化。无机固体电解质由于同时具有较好的物理化学性能、优越的电化学稳定性和良好的离子电导率等诸多优点，是最有希望应用于产业化的固体电解质材料。

固体电解质是全固态锂二次电池的核心，专利号为CN103003890A的中国专利公开了一种由Li₂S和P₂S₅组成的玻璃硫化物电解质，其离子电导率仅为10^-4S·cm^-1，离子电导率较低，而固体电解质材料要应用于实际生活，离子电导率需达到10^-3S·cm^-1左右。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种离子电导率较高的硫化物电解质材料。

有鉴于此，本发明提供了一种如式（Ⅰ）所示的硫化物电解质材料，

75Li₂S·（25-x）P₂S₅·xLi₃PO₄   （Ⅰ）；

其中，0＜x＜25。

优选的，0≤x≤10。

本发明还提供了一种如式（Ⅱ）所示的硫化物电解质材料，

（100-x）（75Li₂S·25P₂S₅）·xLi₃PO₄   （Ⅱ）；

其中，0＜x＜40。

优选的，1≤x≤20。

本发明还提供了上述方案中所述硫化物电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

将Li₂S、P₂S₅与Li₃PO₄按照摩尔比75：（25-x）：x混合后研磨，然后进行热处理，得到如式（Ⅰ）所示的硫化物电解质材料；

75Li₂S·（25-x）P₂S₅·xLi₃PO₄   （Ⅰ）；

其中，0＜x＜25。

优选的，所述研磨为高能球磨，所述高能球磨的时间为0～40h。

优选的，所述热处理的温度为100～350℃。

本发明还提供了上述方案中所述硫化物电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

将Li₂S与P₂S₅按照摩尔比75:25混合并研磨，得到第一初料；

将所述第一初料与Li₃PO₄按照摩尔比（100-x）：x混合并研磨，得到第二初料；

将所述第二初料进行热处理，得到如式（Ⅱ）所示的硫化物电解质材料；