[发明专利]非晶态硫化物固体电解质的制备

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种非晶态硫化物固体电解质的制备方 法。

背景技术

低能耗、环境友好的新能源汽车是未来汽车发展的方向，动力电池是影响新能源 汽车性能的关键因素。现有的新能源汽车的动力电池通常选用有机液体电解质，但在使用 不当的情况下容易起火或爆炸，存在较大安全隐患。全固体电池使用固体电解质，不存在易 燃烧的液体电解液，安全性大幅提高，同时全固体电池的蓄电量更多、输出功率也更大。但 目前固体电解质低的离子电导率阻碍了全固体电池的实用。

与氧化物固体电解质中，硫化物固体电解质中硫离子半径较大，对锂离子的束缚 较小，锂离子迁移容易，电导率较高。文献“Alithiumsuperionicconductor,Nat. Mater.,2011,10,682-686.”报道了以硫化锂、硫化锗和五硫化二磷为原料制备的硫化 物固体电解质Li₁₀GeP₂S₁₂室温离子电导率高达1.2×10-2S/cm，达到商业电解液水平而尤 为令人关注。但目前常见的合成方法中原料一般采用硫化锂，硫化锂价格昂贵，易吸潮水 解，影响了产业化进展。公开号为CN1937301A的中国专利公开了“一种可用作锂离子电池固 体电解质的硫化物材料及其制备方法”，采用多种锂源高温法制备硫化物固体电解质，虽然 可以制备硫化物固体电解质，但高温处理造成材料晶化，离子电导率较低且增加能耗，材料 挥发造成产物配比难以精确控制。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种采用价格便宜易得的金属锂为锂 源，通过简单的机械研磨法制备非晶态硫化物固体电解质材料的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

非晶态硫化物固体电解质的制备方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

（1）将一定比例的金属锂、单质硫、五硫化二磷投入无水无氧的密闭容器中进行混合；

（2）将步骤（1）中混合的原料进行机械研磨，制备出非晶态硫化物固体电解质。

步骤（1）中金属锂与单质硫的摩尔比为1.8:1～3:1。

优选的，根据最终产物的比例确定，步骤（1）中金属锂与单质硫的摩尔比为2:1。

步骤（1）中，所述的金属锂与五硫化二磷的摩尔比为3:1～8:1。

优选的，根据Li₃PS₄化合物的比例确定，步骤（1）中金属锂与五硫化二磷的摩尔比 为6:1。

优选的，步骤（1）所述无水无氧的密闭容器为充满惰性气体的手套箱，所述手套箱 具有除水系统，由于金属锂遇水或氧会发生反应，五硫化二磷也易吸潮，所以必须隔绝水和 氧，因此要在惰性气氛中操作，市售的氮气或氩气本身水含量极低，同时手套箱内有除水系 统，可以保证样品制备过程中不发生变化。

步骤（2）所述的机械研磨的方法包括球磨法和研磨法。

优选的，步骤（2）所述的机械研磨的方法是球磨法，球磨法可以通过控制球料比和 时间控制反应的进程，同时适合大规模及自动化操作。

步骤（2）中，所述的球料比10:1～20:1，球料比太大，会增加研磨介质之间以及介 质和球磨罐之间冲击摩擦的无用功损失，不仅使功耗增加，产量降低，而且还会加剧球磨罐 的磨损；若球料比太小，物料的缓冲作用增加，冲击磨碎效果就会减弱；球磨转速为150～ 250转/分钟，转速太低反应难以完全，且容易发生物料粘附到球磨罐的问题，转速太高则易 加剧球磨罐的磨损，且温升较大引起副反应；球磨时间为10～48小时，时间太短，反应不充 分，粒度分布不均匀；时间太长，则影响效率，易引入杂质。

优选的，所述步骤（2）中球料比18:1，可以充分发挥介质的冲击研磨作用，提高球 磨机的工作能力；球磨转速为200转/分钟，球磨时间为24小时，可以保证反应充分完全。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种简便的制备非晶态硫化物固体电解质的 方法，可以精确控制锂、硫、磷的比例，解决了高温固相法中原料挥发致使产物纯度较低的 问题，同时原料来源丰富，工艺简单，通过球磨法一步就可以得到高纯度的非晶态硫化物固 体电解质。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。