[发明专利]固态电解质及其制备方法和固态锂电池

说明书

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法和固态锂电池。该固态电解质含有硫化物固体电解质A和硫化物固体电解质B，其中，硫化物固体电解质A的离子电导率不小于4.0×10^‑4S/cm，硫化物固体电解质B的离子电导率不大于2.2×10^‑4S/cm；硫化物固体电解质B的耐氧化性优于硫化物固体电解质A。该固态电解质含有的硫化物固体电解质A与硫化物固体电解质B均为硫化物固体电解质，两者之间的锂离子传输更优，有利于复合之后获得更好的离子电导率，同时两者的弹性模量相近，有利于两者之间获得更好的物理接触界面，此外对水分不敏感，所设计的固态电解质对空气稳定性较好，不易产生硫化氢气体。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法和固态锂电池。

背景技术

为提高无机全固态电池正极内部的离子传导，通常需要在正极内部混入一定量的无机固态电解质，混入的无机全固态电解质为氧化物无机固态电解质或硫化物固态电解质。

现有技术存在以下几大缺点：若混入正极的为氧化物无机固态电解质，一方面由于氧化物无机固态电解质的颗粒硬度较大，与正极活性材料为刚性接触，另外一方面其离子电导率较低，从而导致正极内部离子传输受阻，形成较大的界面阻抗。若混入正极的硫化物无机固态电解质，通常选择离子电导率较高的Li₂S-P₂S₅体系，Li₁₀MP₂S₁₂(M＝Si、Ge、Sn)等电解质，但是这类硫化物固体电解质不耐氧化，首次充电过程中氧化分解形成高阻抗的界面反应层，进而影响正极内部的离子传输。

为抑制硫化物固态电解质在高电压情况下的氧化分解问题，改善两者之间的界面效应，目前常采用的技术方案是对正极活性材料出发，对正极材料进行包覆改性，降低正极活性材料表面的氧化性，已公开报道的外壳层材料有LiNbO₃、SiO₂、Al₂O₃、Ni₂S₃、Li₃PS₄等。

CN106887638A公开了一种复合固体电解质材料、其制备方法及包含该电解质材料的全固态锂离子二次电池。该复合固体电解质材料包括内核及包覆在该内核表面的表面外壳层，内核为无机硫系玻璃陶瓷态电解质，表面外壳层为不与空气和空气中水分发生反应的锂的化合物。所述无机硫系玻璃陶瓷态电解质的化学式为LiaPbScMd，其中，M为第III、第IV、第V、第VI和第VII主族的非金属元素中的一种或多种，a、b、c、d表示原子数比，且0＜a≤6，0＜b≤3，0＜c≤10，0＜d＜1；所述锂的化合物为硼酸锂、钛酸锂、矾酸锂、锆酸锂、铌酸锂、钼酸锂、钽酸锂、钨酸锂、锗酸锂、磷酸锂中的至少一种。

CN107666010A公开了一种锂离子电池固态电解质、其制备方法，及锂离子电池，该锂离子电池固态电解质，包括内核材料及包覆于所述内核材料外表面的外壳材料；所述内核材料包括Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃，其中，M选自Al、La、Cr、Ga、Y或In中的至少一种，0.05≤x≤0.4，所述外壳材料包括Li_0.6+yB_0.8Si_yP_1-yO₄，其中，0.01≤y≤0.5。Li_0.6+yB_0.8Si_yP_1-yO₄外壳材料与内核材料充分的进行面接触，明显降低内核材料晶粒间电阻的能力，且其具有较低的电子电导率，在内核材料表面上形成完整致密的电子屏蔽层，很好的解决了Ti⁴⁺被还原为Ti³⁺的问题。制得的固态电解质具有宽的电化学窗口(电化学窗口＞5V)，较高的离子电导率和低的电子电导率。