[发明专利]用于固态电池的固体电解质材料，固体电解质和固态电池

说明书

一种用于固态电池(10)的固体电解质材料，该固体电解质材料具有以下化学式XMsubgt;2/subgt;(PSsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;，其中P是磷，S是硫，X是锂(Li)、钠(Na)、银(Ag)或镁(Mgsubgt;0.5/subgt;)，M是钛(Ti)、锆(Zr)、锗(Ge)、硅(Si)、锡(Sn)或X与铝的混合物(X+Al)，并且在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中表现出以下位置处的峰：2θ＝13.64°(±1°)，16.48°(±1°)和22.18°(±1°)，其中Isubgt;A/subgt;是在13.64°(±1°)处的峰的以任意单位计的强度，并且Isubgt;B/subgt;是在23.34°(±1°)处的峰的以任意单位计的强度，(Isubgt;A/subgt;‑Isubgt;B/subgt;)/(Isubgt;A/subgt;+Isubgt;B/subgt;)0。本公开还涉及包含所述固体电解质材料的固体电解质以及包含所述固体电解质的固态电池。

技术领域

本公开涉及固态电池，并且更具体地涉及包括含硫的固体电解质的固态电池，所述含硫的固体电解质具有下式XM₂(PS₄)₃，其中X是Li、Na、Ag或Mg_0.5并且M是Ti、Zr、Ge、Si、Sn或(X+Al)。

背景技术

固态电池提供了具有高能量密度的电池组的可能性。

对于固态电池的固体电解质研究了不同材料。特别感兴趣的是包含硫并且在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中表现出以下位置处的峰的材料：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。这些材料通常表现出良好的锂离子传导率。

然而，对于作为固体电解质的应用仍然需要增加此类材料的锂离子传导率。实际上，锂的离子传导率的这种增加允许固体电解质的电子传导率的增加。

发明内容

因此，根据本公开的实施方案，提供了一种用于固态电池的固体电解质材料。该固体电解质材料具有以下化学式XM₂(PS₄)₃，其中P是磷，S是硫，X是锂(Li)、钠(Na)、银(Ag)或镁(Mg_0.5)，M是钛(Ti)、锆(Zr)、锗(Ge)、硅(Si)、锡(Sn)或X与铝的混合物(X+Al)，并且在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中表现出以下位置处的峰：2θ＝13.64°(±1°)，16.48°(±1°)和22.18°(±1°)，其中I_A是在13.64°(±1°)处的峰的以任意单位计的强度，并且I_B是在23.34°(±1°)处的峰的以任意单位计的强度，(I_A-I_B)/(I_A+I_B)0。

具有以上化学式并且在使用CuKα线的X射线衍射测量中表现出所述峰的固体电解质材料具有的晶体学结构允许这种固体电解质材料的X离子传导率的增加。

X物种的离子传导率的这种增加允许电池的快速充电，尤其是在低温下，例如在低于0℃(摄氏度)的温度下。

固体电解质材料以正交晶系(空间群Fddd(70))结晶。晶体结构由PS₄四面体和MS₆八面体制成。PS₄和MS₆的共用边缘形成三维(3D)框架结构，且X物种位于该3D框架结构的间隙位点。