[发明专利]硫化物固态电解质及其制备方法、固态电解质片、固态电池

说明书

本申请公开了一种硫化物固态电解质及其制备方法、固态电解质片、固态电池。硫化物固态电解质组分为Li_6‑xPS_5‑xM_x+1；其中，M为卤素元素，0.1＜x＜0.8。且其晶型属于空间群F‑43m，为立方面心结构。其与标准品Li₇PS₆晶型相同。其拉曼图谱在418cm^‑1处有一个清晰而尖锐的峰，表现出PS₄^3‑离子特征峰，其杂质低，纯度高，晶型稳定，而且电导率高。其制备方法能够有效控制金属锂与硫之间的反应温和且可控，反应的效率高。硫化物固态电解质制备方法能够保证制备的Li_6‑xPS_5‑xM_x+1硫化物固态电解质性能稳定，显著降低经济成本。固态电解质片、固态电池均含有本申请硫化物固态电解质。

技术领域

本发明属于固态电池领域，具体涉及一种硫化物固态电解质及其制备方法、 固态电解质片、固态电池。

背景技术

锂离子电池以其较大的输出功率，较高的能量密度以及工作电压，再加上 自放电小，工作温度范围较宽，几乎无记忆效应和环境污染等优点，已经成为 现在大规模储能的主流方式，但是目前锂离子电池系统存在着一些阻碍其发展 的问题，例如由于使用有机液体电解液，存在着易燃易爆等安全问题；有机液 体电解质在充放电过程中会与电极发生副反应从而导致电池容量出现不可逆衰 减；在电池长时间使用中，液体电解质有可能出现挥发，干涸，泄露等问题， 导致电池寿命受到影响，因此近年来国内外研究者逐步把目光聚焦在锂离子电 池固态电解质的研究上。

其中Li₂S-P₂S₅体系的硫化物固态电解质以其室温下接近液态电解质的较高 电导率而受到广泛关注，其还具有热稳定性好，电化学窗口宽的特点，在高功 率以及常温固态电池方面优势突出，因此在全固态电池上有很好的使用前景。

现有技术使用商业的Li₂S-P₂S₅体系的硫化物固态电解质主要由如下两种方 法获得：一种是以Li₂S、P₂S₅和掺杂剂通过高能球磨和热处理制得；另一种是 分为两步：先行合成Li₂S，再使用合成的Li2S合成硫化物固态电解质。该两种 方法中所需的高纯度硫化锂原料购买价格高昂，均存在成本高昂的问题；后一 种方法成本有所下降，但是合成硫化锂工艺中需要使用有毒有害的有机溶剂， 且固液分离困难，使得该方法难以工业化生产，此方法制得的硫化锂纯度难以 保证，工艺复杂使得成本升高，时其实际应用收到掣肘。

目前公开的另一种Li₂S-P₂S₅体系的硫化物固态电解质是将单质锂、单质硫、 五硫化二磷和掺杂剂于有机溶剂中溶解在热处理制备。采用该溶剂法制备硫化 物固态电解质易导致杂质，且经测得电导率不高，如其公开的电导率只有 6.0×10^-8S/cm。而且有机溶剂的存在，不仅导致杂质的产生，而且导致溶剂法存 在硫化物固态电解质性能不稳定、环保和生产安全以及后续处理等问题，难以 工业化生产。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种硫化物固态电解质 及其制备方法，以解决现有硫化物固态电解质存在成本高或纯度不高和导电性 低等技术问题。

为了实现上述申请目的，本申请的一方面，提供了一种硫化物固态电解质。 本申请硫化物固态电解质组分为Li_6-xPS_5-xM_x+1；其中，M为卤素元素，0.1＜x ＜0.8。