[发明专利]一种小粒径硫化物固体电解质及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，涉及一种小粒径硫化物固体电解质及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：1)、制备硫化锂材料；2)、将1～5重量份溶剂、1重量份包含硫化锂材料的原料，在密闭容器内混合，干燥得到电解质前驱体粉末；3)、将步骤2)得到的电解质前驱体粉末退火烧结，得到尺寸≤5微米的硫化物固体电解质。本发明通过少量溶剂结合机械混合方法，有效细化晶粒组织、减少颗粒尺寸，提高电解质化学和电化学稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种小粒径硫化物固体电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于众多领域，包括便携式电子产品、电动汽车、电网存储等。然而，对于未来高续航里程的电动汽车，则需要更高的能量密度，而商业锂离子电池的能量密度已达到极限。此外，高度易燃的液体电解质的泄漏和热不稳定性对商业锂离子电池造成了严重的安全问题。为了解决这些问题，全固态锂电池技术已被广泛认为是最有前途的候选技术之一。

无机固体电解质不泄漏和不挥发，并具有宽的电位窗口和更高的热稳定性，从而大大提高了锂离子电池的安全性。其次，其通过成功选用锂负极，可以大大提高电池能量密度，同时，无机固体电解质相较于液体电解质更适用于高压正极材料。无机固态电解中，硫化物固体电解质具有较高的电导率，机械性能好。

目前，硫化物固体电解质的制备工艺主要包括高能球磨法，制备得到的硫化物固体电解质颗粒尺寸在几十微米左右，颗粒尺寸较大，造成电解质片表面平整度低，片体内部空隙较多等问题，影响电池性能。同时，使用高能球磨法制备的硫化物电解质具有较高的离子电导率，但其费时耗能，在球磨过程中硫化物电解质前驱体材料频繁结块，需要取下磨碎后继续球磨，实现大批量制备有一定难度。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种小粒径硫化物固体电解质及其制备方法，该方法通过少量溶剂结合机械混合方法，有效细化晶粒组织、减少颗粒尺寸，提高电解质化学和电化学稳定性。

本发明一个方面提供了一种小粒径硫化物固体电解质，所述小粒径硫化物固体电解质具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示的化学式中的一种或多种：

(100-x-y)Li₂S·xP₂S₅·yM_mN_n 式Ⅰ，

其中0≤x＜100，0≤y＜100，0≤x+y＜100，0≤m＜4，0≤n＜6，M为Li、Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，N为Se、O、Cl、Br、I中的一种或多种；

Li_10±lGe_1-gG_gP_2-qQ_qS_12-wW_w 式Ⅱ，

其中，0≤l＜1，0≤g≤1，0≤q≤2，0≤w＜1，G为Si和/或Sn，Q为Sb，W为O、Se、Cl、Br、I中的一种或多种；

Li_6±lP_1-eE_eS_5±l-rR_rX_1±t 式Ⅲ，

其中，0≤l＜1，0≤e＜1，0≤r＜1，0≤t＜1，E为Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，R为O和/或Se，X为F、Cl、Br、I中的一种或多种；

所述小粒径硫化物固体电解质的尺寸≤5微米。

作为优选，所述小粒径硫化物固体电解质的室温离子电导率为1×10^-4～8×10^-2S/cm。进一步优选，所述小粒径硫化物固体电解质的室温离子电导率为1×10^-3～8×10^-2S/cm。本文中的室温指的是15～35℃。