[发明专利]电子-离子混合导体电解质及其制备方法和全固态电池

说明书

本发明公开了一种电子‑离子混合导体电解质及其制备方法和全固态电池，涉及全固态电池领域，利用过渡金属硫化物、含锂硫化物以及硫化物固体电解质复合，构建一种含锂过渡金属硫化物的电子‑离子混合导体硫化物固体电解质，该固体电解质的电子电导率有明显的提升，与氧化物正极混合后构建成具有离子‑电子混合网络正极，能够降低界面电阻，提升电池性能。

技术领域

本发明涉及固态电池技术，特别涉及一种电子-离子混合导体电解质及其制备方法和全固态电池。

背景技术

随着电动汽车和大规模储能等领域的快速发展，对锂离子电池的能量密度、功率密度、使用寿命和安全性能提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池由于其易燃的有机液体电解质而存在严重的安全问题，电池会因过充、内部短路等原因导致电解液过热而导致起火或者爆炸事故。目前，对于液态电解液的安全性问题依旧没有解决。为彻底解决锂离子电池的安全性问题，采用固态电解质的全固态锂离子二次电池受到了广泛的关注。

全固态锂离子二次电池有正极，负极以及固态电解质组成，由于各结构之间能够紧密结合，所以全固态电池具有较高的能量密度。固态电解质可以分为无机固态电解质、固态聚合物电解质和复合固态电解质，其中，无机固态电解质中的硫化物电解质具有与液态电解质相当的离子电导率而备受关注。

然而，传统的硫化物固体电解质虽然也具有较高的离子电导率，但当氧化物正极与硫化物固体电解质接触后，由于锂离子在二者之间具有有较大的化学电势差，锂离子会从硫化物固体电解质一侧向氧化物正极材料一侧移动，正极与电解质同时形成空间电荷层，但是硫化物固体电解质层较低的电子电导使得正极一侧的电荷层消失，而电解质一侧的锂离子化学电势要达到平衡，必然会继续向正极方向移动，空间电荷层继续生成，形成非常大的电阻。

为解决上述问题，提升全固态电池性能，发明一种电子-离子混合导体硫化物固体电解质及其制备方法和匹配该硫化物固体电解质的全固态电池是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电子-离子混合导体电解质及其制备方法和全固态电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种电子-离子混合导体电解质，利用过渡金属硫化物、含锂硫化物以及硫化物固体电解质复合，经热处理后过渡金属硫化物与含锂硫化物反应生成含锂过渡金属硫化物，进而构建一种相互嵌合的含锂过渡金属硫化物的电子-离子混合导体硫化物固体电解质。

作为优选，所述含锂过渡金属硫化物包括Li_xM_y1S_z1，其中，1≤x≤10，1≤y1≤5，1≤z≤16，M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、 Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg中的至少一种。

作为优选，所述硫化物固体电解质包括二元硫化物固体电解质、LGPS型晶体硫化物固体电解质、Thio-LiSICON系列、硫银锗矿型晶体硫化物固体电解质中的至少一种；

所述二元硫化物固体电解质以Li₂S-P₂S₅为主体，具体为(100-a)Li₂S·a P₂S₅，a＝20-40； b Li₂S·a P₂S₅·c LiBr·d LiI，b:a＝3～4，(c+d)/(a+b+c+d)＝5～50％。

作为优选，所述过渡金属硫化物包括M_y2S_z2(1≤y2≤5,1≤z2≤9，M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、 Os、Ir、Pt、Au、Hg中的至少一种。