[发明专利]一种高性能硫化物固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能硫化物固态电解质及其制备方法，本发明提供的一种高性能硫化物固态电解质，具有高离子电导率、低电子电导率的高性能，本发明提供的制备方法具有过程简单的优点，只需要将两种或三种原料按照一定的摩尔比加入，进行球磨和烧结两个过程，只需要在惰性环境中处理，不需要其他溶剂或者试剂的加入，对于后续处理简单方便；本发明提供的制备方法也具有表征简单的优点，无论是对测试离子电导率还是对测试电子导率来说，其组装方式都比较简单，均采用扣电的三明治结构，因而可以消除其他因素带来的误差；本发明的硫化物固态电解质具有高离子电导率、低电子电导率的高性能，且制备方法具有工艺简单、表征简单的优点。

技术领域

本发明涉及固体电解质技术领域，具体涉及一种高性能硫化物固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、无记忆效应等优点，因而被广泛被使用，同时随着锂离子电池的普及和应用，电池的安全问题也越来越受到重视；传统的液态锂离子电池由于其结构问题，高温下结构不稳定，发生容量衰减，同时在使用过程中电解液与正极材料发生副反应，导致电解液的泄漏，燃烧和爆炸等危险，因此新型锂离子电池的研究迫在眉睫；固态电池不仅解决了其安全问题，在能量密度和循环寿命方面相对传统液态锂离子电池也具有明显提高；固态电池结构简单，主要包含正极、负极和电解质，因此电解质的重要性不言而喻，目前存在着很多技术体系，包含硫化物、氧化物、聚合物等，聚合物存在着在常温下低离子电导率，只能在高温下（60℃左右）才能保持高离子电导率的缺点，而氧化物在空气中稳定，但加工性能相对硫化物来说更脆，相比之下，硫化物具有高离子电导率、低界面阻抗、良好的机械强度和灵活性等优势；因此，提供一种高离子电导率、低电子电导率的高性能硫化物固态电解质及其工艺简单、表征简单的制备方法是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种高离子电导率、低电子电导率的高性能硫化物固态电解质及其工艺简单、表征简单的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种高性能硫化物固态电解质，结构通式为（100-x）Li₂P·xP₂S₅·yM ，其中M优选为ZnO、P₂O₅、LiF、LiCl中的一种或多种，优选x的范围为0＜x＜35，优选y的范围为0＜y＜15。

一种高性能硫化物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

步骤1）：将Li₂S、P₂S₅两种或Li₂S、P₂S₅、GeS₂三种球磨料按照一定的摩尔比混合，放入球磨罐中，然后加入合适数量的球磨珠；

步骤2）：将上述球磨罐放置在惰性空气中，然后开始球磨，设置转速为500-1000rpm，球磨时间为5-20h，其中每转20-55min，球磨暂停10-20min冷却；

步骤3）：同样在惰性空气中，将步骤2）中球磨好的物料进行烧结，通过设置烧结温度和烧结时间，来达到所要求的固体电解质；

步骤4）：待上述所烧结得到的固体电解质冷却后，选择合适大小的压片模具压成一定厚度的薄片，待压片成型后便可取出，同时测量厚度和横截面积；

步骤5）：通过扣电装置，选择合适的电极组装成扣电，并在恒温下测试离子电导率和电子电导率,其中对于离子电导率测试，两边的电极均选择阻塞电极，对于离子电导率测试，一边电极选择阻塞电极，另一边电极选择可逆电极。

步骤1）中所述球磨珠的材质可根据要求选择为玛瑙、氧化锆、硬质合金、刚玉、不锈钢或其他，球磨料与球磨珠配比范围为1～3g：20～40个。

步骤1）或步骤2）中所述球磨罐的材质可根据要求选择为玛瑙、氧化锆、硬质合金、刚玉、不锈钢或其他。