[发明专利]一种硫化物锂离子固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种干燥空气稳定的硫化物锂离子固态电解质，化学式为Li_6.6Ge_0.6P_0.4‑xM_xS₅I（M=Sn，Sb），0.05≤x≤0.075；制备方法为将原材料Li₂S、P₂S₅、GeS₂、LiI、Sb₂S₃、Sn、S按照一定剂量均匀混合，经高能球磨后，于真空环境下高温烧结制成；还公开了这种硫化物锂离子固态电解质用于制备全固态电池；本发明固体电解质材料具有高离子电导率，而且在干燥空气中稳定，进而解决现有技术存在硫化物固体电解质对空气很敏感，暴露在空气中易生成硫化物氢同时导致固体电解质失效，限制硫化物固体电解质的应用、增加制作电池成本的技术问题。

技术领域

本发明属于全固态锂离子电池领域，更具体地，涉及一种干燥空气稳定硫化物锂离子固体电解质，以及其制备方法和用于制备全固态电池。

背景技术

锂离子电池目前已经占据了我国的电动汽车市场，也有可能将大规模应用于电网储能市场，是解决目前能源问题的关键技术之一。在电动汽车中，能量密度是动力电池性能的第一指标，而储能电池则更看重成本与安全性。同时，随着电动车销量的增长，自燃爆炸等安全事故发生的频次也明显增加，安全性问题已经成为了阻碍锂离子电池进一步应用和发展的关键性问题。安全性问题产生的主要原因是锂离子电池中使用了易燃的有机电解液。全固态电池借助固态电解质进行离子传导，其相比传统的液态电池不易燃、不挥发，电池的安全性得到大幅提高。因此得到了学术界和产业界的广泛关注，被认为最有潜力的下一代锂离子电池技术之一。

全固态电池和传统的锂离子电池相比，除了安全性好之外，还可能突破现有电池体系的能量密度限制，同时具有温度适应性好等优点。固态电解质是全固态电池的关键材料，其性能在很大程度上决定了全固态电池的循环稳定性、倍率性能、安全性和使用寿命等。全固态电池研究的核心就是要找到高离子电导率且电化学稳定的固态电解质和探索让电解质与电极间的固-固界面稳定的方法。而目前大部分的固态电解质都有离子电导率不够高、电化学窗口不够稳定以及各种界面问题，这些问题使目前的全固态电池的综合性能还无法满足应用的需求，也没有可以推出的市场化产品。

锂离子固体电解质是全固态锂电池的关键材料。在目前的所报道的无机固态电解质中，硫化物电解质因为其较高的离子电导率和良好的机械性能（易于消除粒界阻抗）而备受关注。

但是硫化物固体电解质往往对空气很敏感，暴露在空气中易生成硫化物氢同时导致固体电解质失效，这将限制硫化物固体电解质的应用或增加制作电池成本。而现有的研究成果中，空气稳定型的硫化物锂离子固态电解质的离子电导率一般较低，不易组装出性能良好的全固态电池。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的之一是提供一种干燥空气稳定硫化物锂离子固体电解质，由此解决现有技术存在硫化物固体电解质对空气很敏感，暴露在空气中易生成硫化物氢同时导致固体电解质失效，限制硫化物固体电解质的应用、增加制作电池成本的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硫化物锂离子固态电解质，化学式为Li_6.6Ge_0.6P_0.4-xM_xS₅I，其中M为Sn和Sb中的至少一种，0.05≤x≤0.075。该硫化物锂离子固体电解质具有硫银锗矿(Argyrodite)型立方相晶体结构。