[发明专利]一种无机硫化物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电解质领域，具体涉及一种无机硫化物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池是目前综合性能最强的电池体系,具有工作电压高、比功率及比能量大、循环性好、无记忆效应以及环境友好等优点，广泛应用于笔记本电脑、移动通讯、数码摄像机等便携式电子设备。近年来，随着电动汽车产业以及规模储能领域的兴起，对锂离子电池的性能提出了更高的要求，不仅需要锂离子电池具有高的能量密度和功率密度，还需其具有安全性能高、使用寿命长等特点。然而，目前的液态锂离子电池尚不能满足人们对下一代锂电池的性能需求，其中最突出的一点是安全性差，由于电解液泄露所引发的电子产品燃烧爆炸的事件时有发生。此外，电解液与电极材料在充放电过程中会发生副反应，导致电池容量出现不可逆衰减，同时也会带来漏液、胀气等问题。研究者们曾尝试在电解液中加入添加剂等方式对有机电解质进行改进，以期解决锂离子电池的安全性问题，虽然取得了一定成效，但并没有从根本上消除其安全性问题，锂离子电池的安全性问题成为了其在大容量储能和动力电池应用方面的最大障碍。

为消除以上锂离子电池在电子产品以及汽车行业应用的障碍，发明更安全的全固态锂离子电池迫在眉睫，全固态锂二次电池具有比常规液态锂离子电池更高的比能量，且电池中不含有液态电解质成分，对解决液态锂离子电池在非常规环境下可能产生的漏液、易燃、易爆等安全性问题，具有重要意义。固体电解质材料是全固态锂二次电池的核心，具有低的电子导电性、较高的离子导电性和低活化能。固体电解质材料中只有锂离子可以流动，锂离子通过电解质中的间隙和或空穴位置进行迁移传导。利用无机固体电解质组装的全固态锂离子电池具有宽的电化学稳定窗口以及极高的安全性。同时固体电解质材料还起到了隔膜的作用，从而简化了电池的结构，无需在保护气氛下进行电池的封装，降低了锂离子电池的制作成本。此外，固体电解质材料较之固态聚合物电解质具有更高的机械性能，发展全固态电池，还有利于电池产品形状的多样化、微型化。

目前固态电解质主要存在的问题是离子电导率过低，因此寻找具有高离子电导率的固态电解质成为全固态锂离子电池能否制作的关键，当下，由日本科学家Yuki Kato等人制备的Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3，具有较高的离子电导率，该种电解质同之前由日本科学家Noriaki Kamaya发明的Li₁₀GeP₂S₁₂为同一构型电解质，同为体心结构，具有三维离子传输通道。但由于这两种电解质所用原材料价格高昂，工业化应用受到限制。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种无机硫化物电解质及其制备方法，本发明所述硫化物电解质的常温电导率高，其制备方法简单、所用原料更为低价、样品烧结温度低、保温时间短，节省了烧结成本。

本发明提供一种无机硫化物电解质，所述电解质为Li₁₁Al_3x-11P₂S_8+x/2Cl_x，其中3.67≤_X≤4。

另外，如上所述，所述电解质的常温电导率为1.1×10^-3S/cm以上。

如上所述的无机硫化物电解质的制备方法，其以Li₂S、P₂S₅、AlCl₃以及LiCl为原料，并掺杂有碳酸乙烯酯。

如权上所述的无机硫化物电解质的制备方法，Li₂S、P₂S₅、AlCl₃以及LiCl的摩尔比为(4x-11)：(3.8-0.7x):(3x-11):(33-8x)，3.67≤X≤4。

如上所述的制备方法，其中，碳酸乙烯酯为各原料总质量的3％-7％。

如上所述的制备方法，其具体包括下述步骤：

(1)在不活泼气体气氛下，将各原料混合在真空球磨罐中，密封球磨罐；

(2)进行球磨，转速为230-250r/min，每转40-50分钟，停止冷却10分钟，共球磨35-45小时；

(3)将充分球磨的原料筛出，加入至密封罐中，移至管式炉中进行烧结，烧结温度400-600℃，烧结时间8-12小时；