[发明专利]硫氧化物固体电解质、其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硫氧化物固体电解质，所述硫氧化物固体电解质同时含有硫和氧两种阴离子，且所述硫氧化物固体电解质通式为A_xM_yS_z‑uO_u，还提供了其制备方法和应用。所述电解质体系通过氧化剂直接氧化现有硫化物固体电解质制备，氧化剂包括干燥空气。本发明的硫氧化物固体电解质有效地结合硫化物固体电解质高电导率、优异的力学性能和氧化物固体电解质良好空气和化学稳定性优点并同时避免了它们的缺点。该硫氧化物固体电解质实现了在干燥房间内操作硫化物固体电解质并组装其全固态电池。本发明提供的硫氧化物固体电解质有望应用于下一代高比能量电池，并优先于硫化物固体电解质和氧化物固体电解质被应用于实际生活中。

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种硫氧化物固体电解质的制备和其在全固态电池中的应用。

背景技术

目前商用的二次离子电池大多采用液体电解质来实现阴阳离子在正负极之间转移。由于液体电解质含有易燃性的有机溶剂，此类电池具有潜在的电解液泄漏、热稳定性差和电池燃烧甚至爆炸等安全问题。为了提高电池的安全性，人们开始使用固体电解质替代液体电解液，构建并实现下一代高比能量和高安全性的全固态电池。

固体电解质大致可分为聚合物电解质、无机陶瓷电解质和以上两者结合的复合电解质。与聚合物电解质相比，无机陶瓷电解质具有更高的室温离子电导率。无机陶瓷电解质又分为氧化物固体电解质和硫化物固体电解质。与氧化物固体电解质材料相比，硫化物固体电解质具有更高的离子电导率，更好的力学延展性和柔韧性，可以在常温或低温(500摄氏度)下合成材料且通过冷压方法制备致密的电解质薄片、及其与正负极材料的复合电极。然而，大多硫化物固体电解质对空气敏感，容易与空气反应生成有毒有害的硫化氢气体；且易与高电压氧化物正极材料发生化学反应，生成一些阻碍离子传输和电子传导的副产物，从而增加电池极化，恶化电池性能；这些缺点限制了现有硫化物固体电解质的实际应用。相对的，氧化物固体电解质具有较好的对空气和对高电压氧化物正极材料的化学稳定性。

为了有效地结合硫化物固体电解质高电导率和优异的力学性能以及氧化物固体电解质高化学稳定性的优点并同时避免它们各自缺点，本发明提出一种硫氧化物固体电解质的制备和其在全固态电池中的应用。该硫氧化物固体电解质通过氧化剂直接氧化现有硫化物固体电解质制备得到；制备方法简单、高效、可批量化生产。制备的硫氧化物固体电解质具有高电导率和优异力学性能，提高了原有硫化物固体电解质的空气和化学稳定性，实现了硫化物电解质在电池干燥房间的加工操作及其全固态电池的组装。基于该硫氧化物固体电解质的全固态电池具有容量高、极化低、寿命长的优点。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种硫氧化物固体电解质的制备和其在全固态电池中的应用。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种硫氧化物固体电解质，所述硫氧化物固体电解质同时含有硫和氧两种阴离子，且所述硫氧化物固体电解质通式为A_xM_yS_z-uO_u；其中：

A为金属离子；优选地，A选自以下一种或多种：锂、钠、钾、镁、钙、铝，锌；

M为金属离子和/或非金属离子；优选地，M选自以下一种或多种：锂、硼、碳、氮、氟、钠、镁、铝、硅、磷、氯、钾、钙、钪、钛、钒、铜、锌、镓、锗、锆、砷、硒、溴、锶、钇、铌、钼、锝、钌、铑、钯、镉、铟、锡、锑、碲、碘、钽、钨、铅、铋、镧、铈、钐、铕；

S为硫，O为氧；

x、y、z、u的取值范围分别为0～20且z＞u。

根据本发明第一方面所述的硫氧化物固体电解质，其中，所述硫氧化物固体电解质通过氧化剂直接氧化硫化物固体电解质获得；