[发明专利]一种锂电池的超薄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，提供了一种锂电池的超薄固体电解质及制备方法。该方法将Li₂S和P₂S₅加入四氢呋喃中，水浴加热进行搅拌反应，然后将得到的白色粉末加入无水乙腈中，水浴加热反应直至溶液完全变蓝，然后将抛光基片浸渍于溶液中，静置后取出、热压处理、剥离基片，制得锂电池的超薄固体电解质。与传统方法相比，本发明的制备的固体电解质，由纳米片层层堆叠而成，整体结构均匀致密，在不影响电解质机械性能和化学性能的情况下，显著降低了电解质的宏观厚度，实现了超薄结构，并且制备方法简单，适宜于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属于锂电池的技术领域，提供了一种锂电池的超薄固体电解质及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。具有能量密度高，稳定性强，无记忆效应，循环寿命长，作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。

电解质时锂离子电池的中间组成部件，很大程度上决定着锂离子电池的性能，传统锂离子电池中所使用的电解质为液态的六氟磷酸锂，由于其自身极不稳定，容易分解导致电池胀气，同时在高温、短路、过充或物理碰撞时极易燃烧和爆炸。尽管通过外部封装加入保护机制，其仍然具有较大的安全隐患。

固态锂离子电池使用固态电解质替代液态电解质，可以从根本上解决液态锂离子电池的安全问题和使用温区问题。电解质膜的厚度与电池的体积/质量能量密度、充放电的电流密度、电池内部的离子迁移速率等因素有至关重要的影响。然而现有的薄膜制备技术大多为高真空和长时间生长，同时由于Li、P、S的挥发性较强，对于Li₃PS₄（LPS）系列的电解质膜的厚度和均匀性难以有效的控制。因此通过对于控制LPS系列的电解质膜厚度和均匀性具有十分重要的实际意义。

目前国内外在锂电池固态电解质技术，尤其是LPS系列固态电解质方面已取得了一定成效。其中吴晓萌等人发明了一种高效制备和收集硫系固态电解质的方法（中国发明专利申请号201610865804.7），包含以下步骤：（1）干磨：将硫化锂、五硫化二磷置于球磨容器中球磨混合，制备Li₃PS₄；（2）湿磨：向球磨容器中加入质子惰性有机溶剂，球磨搅拌以实现Li₃PS₄的溶解，得到Li₃PS₄溶液；（3）将球磨容器中的Li₃PS₄溶液转移至收集容器，干燥以除去有机溶剂，实现硫系固态电解质的高效制备和收集；该发明通过连续的球磨、溶解及沉积的途径，极大降低了粉体产物于收集的过程中在球磨罐内壁及研磨球表面的黏附与残留，提升了固态电解质的纯度及收集效率；同时，该方法也适用于对活性材料表面实现连续的固态电解质层的原位包覆。。另外， 陈少杰等人发明了一种硫化物固体电解质、其制备方法及全固态锂二次电池（中国发明专利申请号201810047984.7），一种硫化物固体电解质，具有式I或式II所示的化学式：Li_3+3xP_1-xZn_xS_4-xO_x式I；Li3P_1-xSb_xS_4-2.5xO_2.5x式II；其中，0.01≤x≤0.05；该通过将一定量ZnO或Sb₂O₅对硫化物固体电解质材料Li₃PS₄进行双掺杂改性，不仅可以提高改性后硫化物固体电解质的空气稳定性，而且有利于提高锂离子电导率。

可见，现有技术中的用于锂离子电池的LPS基固体电解质，存在合成方法复杂、厚度和均匀性难以控制的问题，影响了电解质乃至锂离子电池的性能。

发明内容