[发明专利]硫化物电解质材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及硫化物电解质材料及其制备方法。

背景技术

当前，锂二次电池在日常生活中得到了广泛应用，成为社会不可分割的一部分。锂二次电池具有输出功率大、能量密度高、使用寿命长、平均输出电压高、自放电小、无记忆效应、可快速充放电、循环性能优越与无环境污染等优点，成为当今用于便携式电子产品的可充电电源的首选对象，也被认为是最具竞争力的车用动力电池。锂二次电池分为液态锂二次电池和固态锂二次电池。其中，固态锂二次电池是指电池各单元包括正极、负极以及电解质，全部采用固态材料的锂二次电池，因此固态锂二次电池又称全固态锂二次电池。由于全固态锂二次电池具有液态锂二次电池不可比拟的高安全性，并有望彻底消除使用过程中的安全隐患，更符合电动汽车和规模储能领域未来发展的需求。

迄今为止，限制全固态锂电池大规模实用化的最主要的瓶颈是高性能固体电解质材料的研究开发。硫化物固体电解质由于具有高离子电导率和宽的电化学窗口，是一种能很好地应用于全固态锂二次电池的无机固体电解质材料。目前已开发出多种硫化物固体电解质材料，例如，公开号为CN101326673A的中国专利公开了一种锂离子传导性硫化物类固体电解质材料的制备方法，该硫化物类固体电解质材料的室温锂离子电导率达到约10^-3S·cm^-1，其制造过程是先在高温下获得硫化物玻璃，然后再在高温下热处理得到硫化物玻璃陶瓷，且整个制造过程需惰性气氛保护。虽然上述专利的硫化物类电介质材料的离子电导率相对较高，但是制造方法复杂从而大幅增加成本，不易进行工业化规模生产。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种硫化物电解质材料的制备方法，本发明提供的硫化物电解质材料制备方法简单，且制备的硫化物电解质材料离子电导率较高。

有鉴于此，本发明提供了一种如式（I）所示的硫化物电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

将硫化锂、五硫化二磷与有机溶液混合，得到混合溶液；

将所述混合溶液依次经过搅拌、离心、过滤与干燥后，得到初料；

将所述初料进行热处理，得到如式（I）所示的硫化物电解质材料；

（100-x）Li₂S·xP₂S₅      （I）；

其中，20≤x≤60。

优选的，所述有机溶液为醇类、醚类或和腈类中的一种或多种。

优选的，所述有机溶液为乙醇、丙醇、戊己醇、乙醚、乙腈和四氢呋喃中的一种或多种。

优选的，所述有机溶液的含水量小于1wt%。

优选的，所述搅拌的速度为30rpm～200rpm，所述搅拌的时间为6h～72h；所述离心的转速为3000rpm～20000rpm，所述离心的时间为0～60min；所述干燥的时间为0～20h，所述干燥的温度为60～100℃。

优选的，所述热处理的温度为120～400℃，所述热处理的时间为1h～10h。

本发明还提供了上述任一方案所制备的硫化物电解质材料。

本发明提供了一种硫化物电解质材料的制备方法，包括以下步骤：将硫化锂、五硫化二磷与有机溶液混合，得到混合溶液；将所述混合溶液依次经过搅拌、离心、过滤与干燥后，得到初料；将所述初料进行热处理，得到如式（I）所示的硫化物电解质材料。本发明在制备硫化物电解质材料的过程中，将硫化锂与五硫化二磷在有机溶液中溶解后进行反应，硫化锂与五硫化二磷在有机溶液中形成含Li、P和S的化合物，该化合物与有机溶剂会形成结晶态，混合溶液中残留的有机溶剂在离心分离和烘干过程中被分离和挥发，同时大部分结晶态溶剂也会被分离和挥发，残留溶剂与结晶态溶剂在挥发过程中，在固体电解质中留下纳米孔隙，纳米孔隙的存在会增大硫化物电解质材料的比表面积，从而增大其离子电导率。由上述过程可知，本发明的硫化物电解质材料制备过程简单，只需要将硫化锂与五硫化二磷溶于有机溶液，再经过搅拌、离心、过滤与热处理，即可得到硫化物电解质材料，并且在室温下可完成硫化物电解质材料的制备。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的硫化物电解质材料在不同温度下的离子电导率曲线图；

图2为本发明实施例1制备的硫化物电解质材料的计时电流法曲线图；

图3为本发明实施例1制备的硫化物电解质材料的拉曼光谱图；

图4为采用实施例1的硫化物电解质材料为电解质的全固态锂电池在0.5C时的首次充放电曲线图。