[发明专利]用于全固态电池的固体电解质及其制备方法

说明书

公开了一种用于全固态电池的固体电解质及其制备方法。具体地，固体电解质可以具有硫银锗矿型晶体结构。

技术领域

本发明涉及一种用于全固态电池(all-solid battery，全固体电池)的固体电解质及其制备方法。固体电解质可以具有硫银锗矿型(argyrodite-type)晶体结构。

背景技术

二次电池已广泛用于大型装置(诸如车辆和电力存储系统)中和小型装置中，诸如移动电话、便携式摄像机、膝上型计算机等。

随着二次电池的应用领域已经扩展，对于电池的改进的安全性和性能而言存在不断增长的需求。例如，与镍-锰电池或镍-镉电池相比，锂二次电池具有较高的能量密度和较大的容量每单位面积。

然而，常规的锂二次电池中所用的大多数电解质是包括有机溶剂的液体电解质。因此，已经不断提出了诸如电解质泄漏和由其导致的火灾风险等安全性问题。

近年来，为了提高安全性，代替液体电解质将固体电解质用作电解质的全固态电池已经引起注意。由于固体电解质是非易燃的或阻燃的，因此固体电解质可以比液体电解质更安全。

固体电解质可以包括氧化物类(oxide-based，基于氧化物的)固体电解质和硫化物类(sulfide-based，基于硫化物的)固体电解质。硫化物类固体电解质可以是有利的，因为其具有较高的锂离子电导率，并且与氧化物类固体电解质相比可以在较宽的电压范围内是稳定的。

例如，在相关技术中，硫化物类固体电解质已经通过将Li₂S和P₂S₅进行混合和玻璃化来制备。常规地，硫化物类固体电解质已经使用如上所述的化合物形式的起始材料来制备。化合物形式的起始材料诸如Li₂S是约500万won/kg(5million won/kg，5,000,000won/kg，5百万韩元/千克)，因此其材料成本非常高。再者，近年来，已经尝试通过将诸如GeS₂的化合物与Li₂S和P₂S₅混合来改进硫化物类固体电解质，由此进一步增加了材料成本。较高的材料成本是响应于对高容量能量存储技术的需求而增加电池面积的障碍。

发明内容

在优选方面中，本发明提供了一种固体电解质及其制备方法。优选地，用于制备固体电解质的起始材料可以包括一种或多种单质(single element，单一元素)，而不是化合物。如此处所用的术语“单质”指的是由一种类型或单一类型的元素(诸如硫、磷等)构成的材料。例如，硫的单质材料仅由S原子构成，其可以以各种不同的化学式(诸如S₆、S₇、S₈、S₁₂等)来形成。磷的单质材料仅由P原子构成，其可以以各种不同的化学式(诸如P₂、P₄等)来形成。

因此，本发明的固体电解质可以具有高锂离子导电率的硫银锗矿型晶体结构。

此外，固体电解质可以促进电池面积的增加。

本发明的这些方面不限于前述内容，并且将能够通过以下描述来清楚地理解并通过本发明中所描述的方式及其组合来实现。

在本发明的一方面中，提供了一种用于全固态电池的固体电解质，其可以包括源自硫单质(elemental sulfur，单质硫，元素硫)粉末的硫(S)元素、源自磷单质(elementalphosphorus，单质磷，元素磷)粉末的磷(P)元素、源自锂单质(elemental lithium，单质锂，元素锂)粉末的锂(Li)元素以及源自卤素化合物粉末的卤素元素。优选地，固体电解质可以具有硫银锗矿型晶体结构。