本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池由于具有高能量密度、高功率密度以及長循環(huán)壽命等優(yōu)點，在便攜式電子設(shè)備、電動汽車以及儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)鋰離子電池采用的是易燃的有機液體電解質(zhì)，存在安全隱患，限制了其進一步發(fā)展。為了克服有機液體電解質(zhì)的安全性問題，近年來固態(tài)鋰電池受到了廣泛關(guān)注。固態(tài)鋰電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的有機液體電解質(zhì)，具有更高的安全性、更寬的電化學(xué)窗口以及更長的循環(huán)壽命等優(yōu)點。

2、目前，硫化物固態(tài)電解質(zhì)在鋰離子電池中廣泛使用，但現(xiàn)有大部分硫化物電解質(zhì)的制備方法復(fù)雜，成本高，且制得的硫化物固態(tài)電解質(zhì)在空氣中易于潮解，不穩(wěn)定。此外，現(xiàn)有硫化物電解質(zhì)在鋰離子電池中的電化學(xué)性能，尤其是循環(huán)壽命，有待進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，通過本發(fā)明提供的硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，能夠提高硫化物固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強空氣穩(wěn)定性以及改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的分子式為liap1-bmbscodxe；其中：5<a<6；0<b<1；1.5<c<5，0<d<2.5，4<c+d<5，1<e<2；m選自al、ga、in、ti、sc、as、sb、bi、v或nb中的一種或多種；x選自cl，br或i中的一種或多種。

3、在本發(fā)明一實施例中，m選自sb、in或bi中的一種或多種。

4、在本發(fā)明一實施例中，x選自cl；b的取值范圍為0＜b≤0.1。

5、本發(fā)明還提供一種上述所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括步驟：

6、根據(jù)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)式，將li源、p源、m源、s源和x源按照化學(xué)計量混合后，放置球磨罐中球磨，得到硫化物固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體粉末；以及

7、將所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體粉末在預(yù)設(shè)溫度下煅燒處理，獲得所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)。

8、在本發(fā)明一實施例中，所述li源選自licl、libr、lii或li2s中的一種或多種；所述p源選自單質(zhì)p、p2s5、p4s6、pcl5或pbr5中的一種或多種；所述m源選自m的氧化物或m的硫化物中的一種或多種；所述s源選自單質(zhì)s、li2s、p2s5、p4s6、as2s5、as2s3、sb2s5、sb2s3、bi2s5、bi2s3、al2s3、ga2s3、in2s3或sc2s3中的一種或多種；所述x源選自licl、pcl5、libr、pbr5、lii或i2中的一種或多種；化學(xué)式中的o元素來自于m的氧化物。

9、在本發(fā)明一實施例中，球磨時間為1h～48h，球磨轉(zhuǎn)速為50rpm～1500rpm，球料比為1:1～100:1。

10、在本發(fā)明一實施例中，所述預(yù)設(shè)溫度為400℃～600℃，所述煅燒處理的時間為1h～18h。

11、本發(fā)明還提高一種全固態(tài)鋰離子電池，至少包括：

12、正極極片，所述正極極片包括鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，所述鹵化物固態(tài)電解質(zhì)包括li2.35zr0.65fe0.35cl5br0.5i0.5；

13、負極極片；以及

14、固態(tài)電解質(zhì)膜片，所述固態(tài)電解質(zhì)膜片設(shè)置在相鄰的所述正極極片和所述負極極片之間，所述固態(tài)電解質(zhì)膜片包括上述所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。

15、在本發(fā)明一實施例中，所述正極極片包括正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)選自鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鈷氧化物或鋰鎳鈷鋁氧化物中的一種或多種。

16、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括上述所述的全固態(tài)鋰離子電池。

17、綜上所述，本發(fā)明提出一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，通過在硫化物固態(tài)電解質(zhì)中引入+3或+5價m元素和o元素，能夠在電解質(zhì)/鋰金屬負極界面層中形成licl、li2o和li-sb/li-bi/li-in等合金，能夠使電場均勻化，平衡局部電流密度，從而調(diào)節(jié)li的形核和生長，可以有效抑制生長界面處鋰枝晶的快速生長，可以顯著改善鋰離子電池的穩(wěn)定性和性能，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。提高了硫化物固態(tài)電解質(zhì)對大氣降解的內(nèi)在抵抗力，并有效地減少了h2s的產(chǎn)生，增加電池在實際生產(chǎn)中的可能性，從而增強硫化物固態(tài)電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。使得硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的穩(wěn)定性和特定的反應(yīng)性，能夠提高硫化物固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強空氣穩(wěn)定性以及改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，從而提高與活性材料的兼容性。能夠提高硫化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性，改善電壓穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的分子式為liap1-bmbscodxe；其中：5<a<6；0<b<1；1.5<c<5，0<d<2.5，4<c+d<5，1<e<2；m選自al、ga、in、ti、sc、as、sb、bi、v或nb中的一種或多種；x選自cl，br或i中的一種或多種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，m選自sb、in或bi中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，x選自cl；b的取值范圍為0＜b≤0.1。

4.一種如權(quán)利要求1～3任意一項所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述li源選自licl、libr、lii或li2s中的一種或多種；所述p源選自單質(zhì)p、p2s5、p4s6、pcl5或pbr5中的一種或多種；所述m源選自m的氧化物或m的硫化物中的一種或多種；所述s源選自單質(zhì)s、li2s、p2s5、p4s6、as2s5、as2s3、sb2s5、sb2s3、bi2s5、bi2s3、al2s3、ga2s3、in2s3或sc2s3中的一種或多種；所述x源選自licl、pcl5、libr、pbr5、lii或i2中的一種或多種；化學(xué)式中的o元素來自于m的氧化物。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，球磨時間為1h～48h，球磨轉(zhuǎn)速為50rpm～1500rpm，球料比為1:1～100:1。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度為400℃～600℃，所述煅燒處理的時間為1h～18h。

8.一種全固態(tài)鋰離子電池，其特征在于，至少包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全固態(tài)鋰離子電池，其特征在于，所述正極極片包括正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)選自鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳氧化物、鋰鈷氧化物或鋰鎳鈷鋁氧化物中的一種或多種。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求8-9任意一項所述的全固態(tài)鋰離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的分子式為Li<subgt;a</subgt;P<subgt;1?b</subgt;M<subgt;b</subgt;S<subgt;c</subgt;O<subgt;d</subgt;X<subgt;e</subgt;；其中：5<a<6；0<b<1；1.5<c<5，0<d<2.5，4<c+d<5，1<e<2；M選自Al、Ga、In、Ti、Sc、As、Sb、Bi、V或Nb中的一種或多種；X選自Cl，Br或I中的一種或多種。通過本發(fā)明提出一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，能夠提高硫化物固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強空氣穩(wěn)定性以及改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：余樂,吳銘,李謙,呂文彬
受保護的技術(shù)使用者：株式會社AESC日本
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6