[发明专利]一种锂电池硫化物固体电解质及制备方法

说明书

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种锂电池硫化物固体电解质及制备方法。该方法先将Li₃PO₄、Li₂S加入稀盐酸中得到混合液，然后喷雾干燥并收集粉末，最后将粉末与聚硅氮烷、P₂S₅混合后在真空下加热反应，收集产物，制得锂电池硫化物固体电解质。与传统方法相比，本发明制备的硫化物固体电解质的离子传导率高，热稳定性优异，并且制备工艺操作简单，生产效率高，适合工业大规模生产，在锂电池领域具有较好的应用前景好。

技术领域

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种锂电池硫化物固体电解质及制备方法。

背景技术

现在已市售的锂电池中有含液体电解质和固体电解质的。液体电解质具有较高的离子传导率，但是在大量的液体电解质被用于填充正极的孔时，电池的总重量会增加，而且由于使用了含有可燃性的有机溶剂的电解液，因此抑制短路时的温度上升的安全装置的安装、用于防止短路的结构材料方面上的改善变得必要，其研究和越来越多。

研究表明，将电解液变为固体电解质层从而使电池全固体化的锂电池，由于电池内没有使用可燃性的有机溶剂，因此，可认为实现了安全装置的简化，且制造成本和生产率优良。另外，作为用于这样的固体电解质层的固体电解质材料，已知硫化物固体电解质材料。硫化物固体电解质材料由于Li离子传导性高，因此，在实现电池的高输出化方面有用，一直以来进行了各种研究。

以往的硫化物固体电解质材料（例如Li₃PS₄）具有热稳定性低的倾向，通过使用原含氧酸锂等氧化物，热稳定性可以提高。在已有的专利文献中，虽然原含氧酸锂的比例最大为20mol%，但原含氧酸锂的比例低，难以实现足够的热稳定性的提高；另一方面，当进一步提高原含氧酸锂的比例时，担心Li离子的传导性下降。同时在现有专利制备硫化物固体电解质材料过程中，大多是采用机械研磨将原材料进行研磨造粒，再进行固相反应制备产品。对此类电解质材料的研究广受人们重视。

目前国内外在锂电池技术，尤其是锂电池固态电解质方面已取得了一定成效。其中白永平等人发明了一种无机硫化物电解质的制备方法（中国发明专利申请号201710249899.4），爱无机硫化物电解质为Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7C_l0.3，其以Si、S、Li₂S、P₂S₅以及LiCl为原料，经混合、球磨、烧结制成；该发明制得的电解质为固态，安全性好，且具有与液态电解液相当的离子电导率，并且本发明的电解质所用原料价格低廉，可期待大规模工业应用。另外，李久铭等人发明了一种硫化物电解质在制备全固态电池中的应用（中国发明专利申请号201510992874.4），具体为：将包含硫化物电解质以及粘结剂的原料混合，得混合干粉；将所述混合干粉充分研磨成黏性粉体，压制成型，即可，该硫化物电解质的全固态电池中没有使用任何溶剂，避免了溶剂与硫化物电解质反应，破坏固体电解质的性能；同时免除了有机溶剂的毒害影响和去除、回收工艺的繁琐，操作方法简便易行。

可见，现有技术中的用于锂电池的固体电解质，包括硫化物固体电解质，普遍存在热稳定性差的缺陷，并且制备工艺复杂，制备时间长而生产效率低下，制约了固体电解质的发展应用。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种锂电池硫化物固体电解质及制备方法，改善了固体电解质的热稳定性，并且制备方法简单，生产效率高。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：