[发明专利]一种硫银锗矿型硫化物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫银锗矿型硫化物固态电解质及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明研制的产品中所述硫化物电解质为Li_6+xZr_xP_1‑xS₅PF₆。制备方法为：在充满惰性气体的手套箱中将各原料充手工研磨混合后装进球磨罐中球磨；然后将球磨后的样品压片；最后经过烧结处理即得目标硫化物固态电解质。本发明所得产品具有更高的离子电导率，从而加速高性能固态电池的实际应用开发。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种硫银锗矿型硫化物电解质及其制备方法。

背景技术

电解质作为电池的重要组成部分，在正、负极之间起着传输离子的作用，选择合适的电解质是提高电池功率密度、能量密度、循环寿命，降低电池内阻，并保证其安全性的关键所在。电解质一般包括液体电解质、凝胶电解质和固体电解质。目前，商业化的电池主要采用有机液态电解质作为锂离子传输介质，但有机液态电解质自身具有挥发性和可燃性，从而在电池充放电过程中存在着安全隐患。与有机液态电解质相比，固态电解质具有明显的特点和优势，固态电解质不含液体成分，可有效避免泄漏引起的安全问题。在组装成电池时，固体电解质可取代液体电解质和隔膜，简化电池结构同时降低成本。

按照电解质材料组成分类，固体电解质包括无机固态电解质和有机聚合物固体电解质。无机固体电解质材料又可以分为晶态和非晶态(玻璃态)固体电解质。玻璃态固体电解质主要包括氧化物固体电解质和硫化物固体电解质。相比于氧化物固体电解质而言，硫化物固体电解质具有较高的离子电导率，同时，也具有较好的力学性能，组成多样，样品种类多。为了与目前的最先进的锂离子电池相竞争，需要具有更高离子导电性的固体电解质，特别是在硫化物固态电解质厚度较大的情况下。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种硫银锗矿型硫化物电解质及其制备方法。本发明所得产品具有更高的离子电导率，从而加速高性能固态电池的实际应用开发。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种硫银锗矿型硫化物电解质，所述硫银锗矿型硫化物电解质为Li_6+xZr_xP_1-xS₅PF₆，0＜x≤0.25。

在硫银锗矿型硫化物固态电解质的改性研究中，影响其电导率的有两个因素，其中一个是S^2-与卤素之间的无序排列程度，另一个因素是锂离子的跳跃方式。由于该发明中卤素替代为PF₆，其无序程度已确定，故影响其电导率的因素就只剩下锂离子的跳跃方式。当掺入其它元素时，这种元素首先要溶解于其晶格中，当其比例过于高时，它溶解于晶格中，没有多余的空位可以提供，锂离子迁移通道变少，直接影响其电导率。

本发明还提供了一种硫银锗矿型硫化物电解质的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、将LiPF₆、S源、P源、和ZrS₂按照Li:Zr:P:S:PF₆^-摩尔比为(6+x)：x：1-x：5:1进行预混合后球磨，得前驱体粉末；

S2、将前驱体粉末过筛、压片得片状电解质；

S3、将片状电解质烧结，得所述的硫银锗矿型硫化物固态电解质。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中所述S源包括S、H₂S、P₂S₅、P₄S₉、P₄S₃、Li₂S₂、Li₂S中一种或几种。