[发明专利]一种三层核壳结构硫化物固体电解质及其制备方法和全固态电池

说明书

本发明公开了一种三层核壳结构硫化物固体电解质，涉及全固态电池领域，其自内向外，分别以Li‑Argyrodite固体电解质或LGPS‑type固体电解质为核体，Li‑P‑S为中间层，Li‑P‑S‑O为壳层。这样既能够保证硫化物固体电解质对金属锂的稳定性，同时，也能够降低其与空气中水汽发生的反应的可能性，再者，降低了与正极材料接触是被氧化的概率。同时，其制备方法较为简单，适合规模化进行生产，另外，将其与金属锂负极和高电压的正极进行组成，能够有效地提高全固态电池的电性能。

技术领域

本发明涉及全固态电池领域，特别涉及一种三层核壳结构硫化物固体电解质及其制备方法和全固态电池。

背景技术

20世纪90年代，日本索尼公司首先成功推出商业化锂离子电池。锂离子电池具有高功率密度、高电压、环境友好、自放电小等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备和电动交通工具中。经过多年发展，该产业已经形成专业细分程度很高的完整产业链。锂离子电池的应用领域也从最初的小型数码类电子产品发展为电动汽车、储能电站等大规模储能产品。根据数据，全球三大应用终端锂电池电芯需求总量从2011年的34GWh增加至2017年的160GWh，年复合增长率达到29.2％。全球应用于电动汽车动力锂电池的需求量激增，年复合增长率达到87.9％。当前电动汽车产量占全球汽车生产约1％，预计到2020年有望上升到4％，届时对锂电的需求量会进一步激增。

这种锂离子电池由正极、负极以及夹于两电极之间的离子传导层构成。该离子传导层一般使用负载有机电解液的组分为聚乙烯、聚丙烯的多孔介质膜。由于使用了可燃性有机物作为电解质，不仅需要用于防止挥发或者漏出的结构和材料方面的改善，还需要安装抑制短路时热失控安全装置、及用于防止短路的结构和材料方面的改善。安全性是便携式电子设备和电动汽车的必要要素。2016年9月三星Note7手机电池因为设计问题导致自燃、爆炸，对用户造成了身体伤害。2015～2017年间，采用目前最成熟的18650锂离子电池的Tesla汽车频频发生燃烧事件。电子设备和电动汽车的发展对电池的性能，包括成本、能量密度和循环寿命，尤其是安全性等提出了更高的要求。采用固体电解质材料的全固态锂二次电池具备高安全性，可满足动力电池发展的要求。

使用硫化锂(Li₂S)等作为起始材料的硫化物基固体电解质拥有极高的离子电导率(10^-3～10^-2S cm^-1)，其全固态锂二次电池不使用可燃有机溶剂，因此简化了安全装置。除了能够提高制造成本和生产率之外，它还具有可以在电池中串联堆叠以实现高电压的特征。另外，在这种类型的固体电解质中，由于无除锂离子以外的阴离子迁移，因此预期不会发生由于阴离子的移动引起的副反应而提高安全性和耐久性。