一种硫化物固体电解质的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硫化物固体电解质的制备方法，本发明专利技术是将多种原料放置于密闭容器中，加入适量的球磨珠和有机溶剂，在惰性空气的条件下，使容器处于一定转速和时间后，然后减压蒸馏生成硫化物固体电解质前驱体，然后经过合适的温度烧结后，使硫化物固体电解质前驱体合成为硫化物固体电解质；本发明专利技术的制备方法操作简单，易于工业化生产，同时通过有机溶剂的使用，提高球磨效率和产能，另一方面，由于使用溶剂的作用，硫化物固体电解质获得形貌可控的纳米颗粒，具备较高的离子电导率；因此，本发明专利技术具有制备过程简单、产能高、提高电导率、性能好的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化物固体电解质的制备方法


[0001]本专利技术涉及固体电解质
，具体涉及一种硫化物固体电解质的制备方法。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备的普及和混合动力汽车等的应用和推广，社会电化学储能器件的需求与日俱增，由于传统的锂离子电池能量密度提升的空间有限，因此，寻找高性能的、新体系的电池系统变得尤为重要。
[0003]在目前研究的许多电池及电池技术中，固体电池脱颖而出，目前存在着多种固体电池路线体系，包含硫化物、氧化物、聚合物等，相对聚合物和氧化物，硫化物界面接触较好，电导率高的优点广泛研究与应用；目前硫化物电解质制备方法包含固相熔融法、液相法和球磨法，固相熔融法具有设备投入低、易于制备块状材料的优点，适合制备玻璃、玻璃陶瓷和陶瓷类材料，但是工作温度高、安全性低；液相法具有设备成本低、合成温度低、粒径可控、易于制备粉体材料的优点，适合玻璃和陶瓷类材料，但是产生有机废液，合成机理不完全成熟，电导率较低；球磨法具有操作简单、易控制、易制备粉体材料、电导率高的优点，但是设备要求较高，产能较低，操作繁琐；因此，提供一种制备过程简单、产能高、提高电导率、性能好的硫化物固体电解质的制备方法是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种制备过程简单、产能高、提高电导率、性能好的硫化物固体电解质的制备方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种硫化物固体电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1)：将Li2S、P2S5、GeS2、ZnO，P2O5，LiF，LiCl的两种或多种按照一定的摩尔比混合，加入合适数量和大小的球磨珠，然后加入适量脱水后的有机溶剂，一起放入合适大小的球磨罐中；
[0008]步骤2)：将上述球磨罐放置在惰性空气中，然后开始球磨，球磨转速为400
‑
1000rpm，球磨时间为5
‑
20h，其中每转20
‑
55min，球磨机暂停10
‑
20min冷却；
[0009]步骤3)：同样在惰性空气中，将步骤2)中球磨好的物料进行减压蒸馏，除去有机溶剂，得到硫化物固体电解质前驱体；
[0010]步骤4)：同样在惰性空气中，将步骤3)得到的硫化物固体电解质前驱体进行烧结，通过设置烧结温度和时间，得到所要求的硫化物固体电解质；
[0011]步骤5)：待步骤4)烧结后的硫化物固体电解质经过冷却后，通过合适的压片模具压成一定厚度的薄片，待压片成型后便可取出，同时测量薄片厚度；
[0012]步骤6)：将步骤5)中测量好厚度的薄片组装成三明治结构，在恒定的温度和压力条件下进行离子电导率测试和电化学窗口测试。
[0013]步骤1)中使用的有机溶剂为THF(四氢呋喃)、DMC(碳酸二甲酯)、ACN(乙腈)、NMF
(N
‑
甲基甲酰胺)、EP(乙二醇单丙醚)、EA(乙酸乙酯)、Toluene(甲苯)、N
‑
heptane(正庚烷)、Xylene(二甲苯)或Anisole(苯甲醚)，其中有机溶剂的添加量为球磨物料质量百分数的1
‑
200。
[0014]步骤1)或步骤2)中所述球磨罐的材质优选为玛瑙、氧化锆、硬质合金、刚玉、不锈钢的一种，球磨料与球磨珠的配比范围为1
‑
3(克)：20
‑
40(个)。
[0015]步骤3)中减压温度为60
‑
120℃，减压时间为0.5
‑
2h。
[0016]步骤4)中烧结温度为200
‑
800℃，烧结时间为5
‑
7h。
[0017]步骤4)中所要求的硫化物固体电解质的结构通式为(100
‑
x)Li2S
·
xP2S5·
yM，其中M优选为GeS2、ZnO，P2O5，LiF，LiCl中的一种或多种，x的范围为0＜x＜35，y的范围为0＜y＜15。
[0018]步骤2)或步骤3)或步骤4)中所述惰性空气中，氧含量≤10ppm，水含量≤10ppm。
[0019]步骤5)中所述三明治结构的电极为金属锂、不锈钢片、Au、Ag、Pt、碳片、LiI或掺杂LiI的PEO，压片压力为50
‑
400mPa，测试压力为0
‑
200mPa，测试温度为恒温25℃。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)制备过程简单：通过添加少量的有机溶剂，将两种或多种原料按照一定的摩尔比加入的湿法球磨的方法，相对干法球磨过程中物料容易粘壁，最后获得球磨物料产能低的结果，本专利技术采用的湿法球磨能够大大提高球磨效率，缩短制备时间，有利于工业化生产，产能高。
[0022](2)提高固体电解质的电导率：通过添加适量的有机溶剂，电解质材料颗粒更加均匀，电导率更高，性能更好。
附图说明
[0023]图1是本专利技术测试离子电导率的三明治结构示意图。
[0024]图2是本专利技术电化学窗口(CV)测试结果图。
[0025]图3为干法球磨制备的电解质材料的测试离子电导率结果的Zview图。
[0026]图4为湿法球磨制备的电解质材料的测试离子电导率结果的Zview图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。
[0028]实施例1
[0029]一种硫化物固体电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1)：将Li2S、P2S5，按照3:1的摩尔比，共计1g加入球磨罐中，加入25个球磨珠和0.5g脱水后的ACN；
[0031]步骤2)：将上述球磨罐放置在惰性空气中，然后开始球磨，设置球磨转速为600rpm，球磨时间为12h，其中每转35min，球磨机暂停10min冷却；
[0032]步骤3)：同样在惰性空气中，将步骤2)中球磨好的物料进行减压蒸馏，温度80℃，时间为1h，除去有机溶剂，得到硫化物固体电解质前驱体；
[0033]步骤4)：同样在惰性空气中，将步骤3)得到的硫化物固体电解质前驱体进行烧结，烧结温度240℃，烧结时间6h，得到所要求的硫化物固体电解质；
[0034]步骤5)：待烧结好的物料冷却后，选择直径为16mm的压片模具，将物料放好，控制压片压力为100Mpa，待压片成型后便可取出，同时测量薄片厚度；
[0035]步骤6)：选择两个大小相同的碳片，将步骤5)中测量好厚度的薄片放置于两个碳片中间，组装成三明治结构，如图1所示，加压95Mpa，在恒温25℃条件下进行离子电导率测试和电化学窗口测试，对于电化学窗口测试，测试结果如图2所示，对于离子电导率测试，可以选择交流阻抗法测试，如图4所示，测试结果记为R1，步骤5)测试的厚度为L，面积为S，则离子电导率σ1＝L/S/R1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化物固体电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)：将Li2S、P2S5、GeS2、ZnO，P2O5，LiF，LiCl的两种或多种按照一定的摩尔比混合，加入合适数量和大小的球磨珠，然后加入适量脱水后的有机溶剂，一起放入合适大小的球磨罐中；步骤2)：将上述球磨罐放置在惰性空气中，然后开始球磨，球磨转速为400
‑
1000rpm，球磨时间为5
‑
20h，其中每转20
‑
55min，球磨机暂停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减压蒸馏，除去有机溶剂，得到硫化物固体电解质前驱体；步骤4)：同样在惰性空气中，将步骤3)得到的硫化物固体电解质前驱体进行烧结，通过设置烧结温度和时间，得到所要求的硫化物固体电解质；步骤5)：待步骤4)烧结后的硫化物固体电解质经过冷却后，通过合适的压片模具压成一定厚度的薄片，待压片成型后便可取出，同时测量薄片厚度；步骤6)：将步骤5)中测量好厚度的薄片组装成三明治结构，在恒定的温度和压力条件下进行离子电导率测试和电化学窗口测试。2.根据权利要求1所述一种硫化物固体电解质的制备方法，其特征在于：步骤1)中使用的有机溶剂为THF(四氢呋喃)、DMC(碳酸二甲酯)、ACN(乙腈)、NMF(N
‑
甲基甲酰胺)、EP(乙二醇单丙醚)、EA(乙酸乙酯)、Toluene(甲苯)、N
‑
heptane(正庚烷)、Xylene(二甲苯)或Anisole(苯甲醚)，其中有机溶剂的添加量为球磨物料质量百分数的1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：罗传军，张宁博，张齐齐，任小磊，陈腾飞，侯炳虎，张雷，
申请(专利权)人：多氟多新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：