[发明专利]一种掺杂和包覆协同改性硫化物电解质的方法及应用

说明书

本发明公开一种掺杂和包覆协同改性硫化物电解质的方法及应用。采用的技术方案包括：步骤（1），将LiCl、Psubgt;2/subgt;Ssubgt;5/subgt;、Lisubgt;2/subgt;S、LiX按照Lisubgt;6‑a/subgt;PSsubgt;5‑/subgt;subgt;a/subgt;Clsubgt;1+a‑b/subgt;Xsubgt;b/subgt;化学计量比称量后,进行球磨混合，其中0＜a＜0.8，0＜b＜0.5，X为F(氟)、Br(溴)、I(碘)元素中的一种或者多种；步骤（2），将步骤（1）中得到的原料进行压片处理后，密封于烧结容器，以450~600℃进行第一段高温烧结1~15 h，形成F、Br或I掺杂改性的硫化物电解质；步骤（3），在步骤（2）中烧结后得到的电解质中加入质量占比为0~20%的AlClsubgt;3/subgt;、NbClsubgt;5/subgt;、BiClsubgt;3/subgt;中的一种或者多种后，进行球磨混合；步骤（4），将步骤（3）中得到的原料进行压片处理后，密封于烧结容器，利用表面包覆层化合物AlClsubgt;3/subgt;、NbClsubgt;5/subgt;、BiClsubgt;3/subgt;低熔点的特性，以200~450℃进行第二段低温烧结1~8 h，实现Lisubgt;6‑a/subgt;PSsubgt;5‑a/subgt;Clsubgt;1+a/subgt;电解质体相掺杂与表面包覆协同改性。

技术领域

本发明涉及一种应用于全固态电池的硫化物电解质。

背景技术

目前，锂离子电池广泛应用于电子设备、电动汽车及大规模储能等领域，然而传统有机电解液的可燃性所带来的安全隐患限制了其的进一步发展。具有高安全性能和能量密度的全固态电池被认为是最具发展前景的下一代储能装置。硫化物固态电解质因具有离子导高、柔韧性优异和机械性能良好的优点而受到广泛关注，但是其较窄的电压窗口，与金属锂负极和氧化物正极之间的兼容性问题使其应用受到了限制。改善硫化物电解质结构稳定性和界面稳定性，提高全固态锂金属电池综合电化学性能是目前亟需解决的问题。

Energy Storage Materials杂志2022年第45卷报道了氯掺杂在硫化物固态电解质中的协同效应，探究了氯含量对于硫化物电解质的影响。合成的Li_5.5PS_4.5Cl_1.5电解质临界电流密度仅为0.25 mA/cm²，无法满足高倍率充放电的需求。Advanced EnergyMaterials杂志2020年第10卷报道了一种用于全固态锂金属电池的Sn改性硫化物电解质，Sn改性的Li₆PS₅I电解质具有良好的结构稳定性和空气稳定性，然而其0.35 mS/cm的离子电导率不能满足实际应用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种掺杂和包覆协同改性硫化物电解质的方法及应用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案包括：

步骤（1），将LiCl、P₂S₅、Li₂S、LiX按照Li_6-aPS_5-aCl_1+a-bX_b化学计量比称量后,进行球磨混合，其中0＜a＜0.8，0＜b＜0.5，X为F(氟)、Br(溴)、I(碘)元素中的一种或者多种；

步骤（2），将步骤（1）中得到的原料进行压片处理后，密封于烧结容器，以450~600℃进行第一段高温烧结1~15 h，形成F、Br或I掺杂改性的硫化物电解质；

步骤（3），在步骤（2）中烧结后得到的电解质中加入质量占比为0~20%的AlCl₃、NbCl₅、BiCl₃中的一种或者多种后，进行球磨混合；