[发明专利]一种硫化物固体电解质前驱体溶液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种固态锂硫电池的硫化物固体电解质前驱体溶液及其制备方法和采用所述前驱体溶液制备的硫化物固体电解质和复合正极材料以及所述硫化物固体电解质和所述复合正极材料的制备方法，其中所述固体电解质前驱体溶液包括总体名义摩尔比处于70:30～80:20的比例区间的Li₂S和P₂S₅，以及作为溶剂的乙腈和至少一种其他非质子极性溶剂，其中所述硫化物固体电解质前驱体溶液为以乙腈作为溶剂，具有1:1～1:2名义摩尔比的Li₂S和P₂S₅的溶液，与以所述其他非质子极性溶剂作为溶剂的多硫化锂溶液的均一混合液相。

技术领域

本发明涉及固态锂硫电池领域，尤其涉及一种固态锂硫电池的硫化物固体电解质前驱体溶液及其制备方法和采用所述前驱体溶液制备的硫化物固体电解质和复合正极材料以及所述硫化物固体电解质和所述复合正极材料的制备方法。

背景技术

固态锂硫电池具有比容量高、原料成本低廉、安全性好等优势，同时固态的电池结构可有效消除其正极反应中间产物向负极转移的穿梭效应，具有极佳的抗自放电能力。因此，开发高性能的固态锂硫电池对开发高能量密度、高安全性的新一代二次电池具有重要意义。

固体电解质作为固态锂硫电池的核心材料，在正、负极之间起着离子传输的作用，选择合适的固体电解质是提高电池倍率性能、循环寿命和保证安全性的关键所在，本领域技术人员应当理解，固体电解质的离子电导率直接决定固态锂硫电池的倍率性能，在诸多固体电解质体系中，硫化物固体电解质具有最高的离子电导率，其室温离子电导率可达10^-2S/cm，与电解液相当，因此硫化物固体电解质具有良好的应用前景。然而，一些具有较高离子电导率的的硫化物固体电解质与锂硫电池的电极材料的接触稳定性欠佳，使得硫化物固体电解质在固态锂硫电池的实际应用中难以充分发挥硫化物固体电解质的高离子电导率特性，其中通过减小固体电解质颗粒尺寸和提高粒径均匀性，对于获得致密、稳定且具有一定离子电导率的人工固体电解质界面层具有重要的意义。但是，硫化物固体电解质的常规制备方法，包括高能球磨的机械合金化方法和高温熔融法制得的硫化物固体电解质颗粒较为粗大，粒径在数微米到数十微米，粗大的颗粒限制了硫化物固体电解质的很多应用，基于硫化物固体电解质的高离子电导率的特性优势及其制备方法的上述缺陷，硫化物固体电解质作为固态锂硫电池领域的研究焦点被广泛研究，包括对硫化物固体电解质的掺杂改性研究、复合改性研究以及制备合成方法的改进。其中，采用液相方法合成硫化物固体电解质，并在液相环境中将正极组分进行复合，以期减小硫化物固体电解质颗粒尺寸和提高粒径均匀性，并获得硫化物固体电解质与相应的正极材料之间更加紧密的界面接触，成为目前对硫化物固体电解质的改性的主要研究方向之一，然而，受限于制备硫化物固体电解质的原材料和/或制备硫化物固体电解质过程中的中间产物的溶解性和水解特性，现有的采用液相方法合成硫化物固体电解质的过程中难以通过便捷的技术得到溶解状态的硫化物固体电解质前驱体溶液，故而难以进一步减小硫化物固体电解质颗粒尺寸和提高粒径均匀性，并无法通过在硫化物固体电解质前驱体溶液中将正极组分进行复合的方式获得硫化物固体电解质与相应的正极材料之间更加紧密的界面接触。

也就是说，硫化物固体电解质具有良好的应用前景并作为固态锂硫电池领域的研究焦点被广泛研究，如何通过便捷的技术获得致密、稳定且具有一定离子电导率的固体电解质界面层，对于开发适用于高性能固液混合锂硫电池和固态锂硫电池的固体电解质隔膜具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化物固体电解质前驱体溶液及其制备方法和应用，其中通过所述硫化物固体电解质前驱体容液制备方法制备的所述硫化物固体电解质前驱体溶液为均一稳定的液相。

本发明的另一目的在于提供一种硫化物固体电解质前驱体溶液及其制备方法和应用，其中所述硫化物固体电解质前驱体溶液的各组分均一稳定地溶解于所述硫化物固体电解质前驱体溶液，有利于减小通过所述硫化物固体电解质前驱体溶液获得的硫化物固体电解质的颗粒尺寸和提高所述硫化物固体电解质的颗粒均匀性。