[发明专利]用于全固体电池的氮掺杂硫化物基固体电解质

说明书

本发明涉及一种用于全固体电池的氮掺杂硫化物基固体电解质。该用于全固体电池的氮掺杂硫化物基固体电解质包含具有由下列通式1表示的硫银锗矿型晶体结构的化合物：【通式1】Li_aPS_bN_cX_d其中6≤a≤7，3≤b≤6，0≤c≤1，0≤d≤2，并且X选自氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)、及其组合。

技术领域

本发明涉及用于全固体电池的氮掺杂硫化物基固体电解质以及包括该氮掺杂硫化物基固体电解质的具有改善的电化学稳定性的全固体电池。

背景技术

二次电池已经广泛用于大型设备如汽车和电力存储系统中以及小型设备如移动电话、便携式摄像机、膝上型计算机等中。

随着二次电池的应用范围扩大，对安全和高功能性电池存在日益增长的需求。

例如，锂二次电池(其为二次电池的一种类型)相比于镍-锰电池或镍-镉电池具有高能量密度和高单位面积容量的优点。

然而，常规用于锂二次电池的电解质是液体电解质如有机溶剂。因此，可连续发生安全性问题如电解质泄漏和火灾风险。

最近，包括固体电解质而不是液体电解质的全固体电池已经用于改善锂二次电池的安全性特征，并且已经引起大量关注。例如，由于不可燃性质或阻燃性质，固体电解质通常比液体电解质更安全。

固体电解质可包括氧化物基固体电解质和硫化物基固体电解质。通常使用硫化物基固体电解质，因为相比于氧化物基固体电解质，硫化物基固体电解质具有更高的锂离子电导率范围。然而，硫化物基固体电解质具有电池操作不稳定的缺点，因为硫化物基固体电解质具有比氧化物基固体电解质更低的化学稳定性。

因此，已经进行了多种研究以改善硫化物基固体电解质的电化学稳定性，但是固体电解质的基本物理性质如离子电导率可能已经不利地劣化。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅为增强对发明的背景技术的理解而提供，因此其可包含不构成本国中本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在优选方面，本发明提供一种改善硫化物基固体电解质的电化学稳定性的化合物。

进一步，本发明提供一种改善硫化物基固体电解质的电化学稳定性而不损害其离子电导率的化合物。

本发明的目的不限于上面描述的这些目的。从下列描述将清楚地理解本发明的目的，并且可通过权利要求中限定的手段及其组合来实现本发明的目的。

一方面，本发明提供一种用于全固体电池的固体电解质(“氮掺杂硫化物基固体电解质”)，其包含由下列通式1表示的化合物：

【通式1】

Li_aPS_bN_cX_d

其中在通式1中，6≤a≤7，3＜b＜6，0＜c≤1，0＜d≤2；并且

X选自氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)、及其组合。优选地，该化合物具有硫银锗矿型晶体结构。

如本文所用的术语“全固体电池(cell/battery)”是指仅包含固体或基本上固态的组分(如固体电极(例如阳极和阴极)和固体电解质)的电池。

如本文所用的术语“氮掺杂硫化物基固体电解质”是指可包含取代硫原子的氮原子的固体电解质材料。例如，氮原子可取代固体电解质材料的晶体结构(例如，硫银锗矿结构)中的部分硫原子。部分氮原子可适当地为非掺杂材料中硫原子的总数量的约0.1％、约1％、约3％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％或约90％。