一种固态电解质用硫化锂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种固态电解质用硫化锂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将无水硫酸锂与单质硅混合，进行烧结处理，得到硫化锂和二氧化硅的混合物；(2)将步骤(1)得到的硫化锂和二氧化硅的混合物与溶剂混合，进行固液分离、蒸馏及干燥，得到固态电解质用硫化锂。本发明专利技术采用无水硫酸锂和单质硅进行反应得到硫化锂，避免了金属锂、H2S等危险品做原料，同时，通过采用硅做还原剂以替代碳材料，避开使用碳从而减少造成的大量CO2温室气体的排放，并且通过采用简单的固相烧结的方法，即可制备高纯度的Li2S，因此更具有实际生产意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质用硫化锂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种固态电解质用硫化锂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前已广泛应用于数码产品、电动交通工具以及储能电站等领域，但由于其采用液态电解液，在集成应用时存在安全隐患；同时其比能量已经接近理论极限，难以满足新一代动力电池的更高要求。
[0003]全固态电池由于采用不可燃的固态电解质，因而可以有效解决安全性问题；锂
‑
硫电池由于使用金属锂作为负极，使用硫(或硫化锂)作为正极，因而拥有更高的理论比能量(可达到五倍于传统锂离子电池)，因此近年来这两种电池成为世界各国争相抢占的科技战略高地。其中，作为硫化物固态电解质的核心原材料和锂
‑
硫电池的优良正极材料，硫化锂近年来成为一个研究热点。目前，硫化锂的制备方法大致可分为固相球磨法、液相反应法、高温/高压法和碳热还原法。
[0004]CN108336400A公开了一种硫化物固体电解质的制备方法，其所述方法包括如下步骤：(1)将硫粉、氢化锂、五硫化二磷、磷酸锂原材料在真空干燥箱内烘干；(2)在惰性气氛保护下，按照质量百分比15～40％硫粉、5～20％氢化锂、50～70％五硫化二磷、0～10％磷酸锂，分别称取上述的干燥后的原材料，在研钵中预研磨5～20min，加入到密封的球磨罐中，室温下在转速为200～600r/min条件下球磨24～60h；(3)球磨反应结束后，在惰性气氛下，将粉体从球磨罐中取出，加入到坩埚中，在高温管式炉中，在氮气气氛下进行烧结，烧结温度为200～400℃，烧结时间为2～6h。将粉体从坩埚中取出，即得到硫化物固体电解质，其所述方法的成本高，反应时间长，转化率低，所得产品中存在杂相物质例如多硫化锂等，不易提纯，产业化设备不易选型。
[0005]CN111517288A公开了一种以锂化溶液和单质硫为原料直接反应合成硫化锂的方法，包括以下步骤：配制锂化溶液，包括金属锂
‑
芳香族化合物的有机醚类溶液、碘化锂溶液、正丁基锂溶液；将单质硫加入锂化溶液中混合；将上述混合溶液依次经过室温反应、分离沉淀、干燥与热处理，即得到硫化锂，其所述方法有安全性低、环境污染严重、回收困难、工况危险性高及较难控制等问题。
[0006]CN108190845A公开了一种用压力反应釜制备高纯硫化锂的方法，其中，以高纯金属锂及高纯硫单质为原料，以醚类、环醚类、烷烃、环烷烃、芳香烃、杂原子取代芳烃及二硫化碳中的一种或几种作为溶剂，在高压反应釜内进行反应制备得到硫化锂。其所述方法能耗高，工况控制困难，设备选型要求高，增加了反应过程及后处理的风险。
[0007]CN108987713A公开了一种碳/硫化锂复合材料的制备方法，包括：S1)将有机硫酸锂与第一高分子聚合物在溶剂中混合，得到混合溶液；S2)将所述混合溶液经喷雾干燥或静电纺丝后得到前驱体复合材料；S3)将所述前驱体复合材料在保护气氛中高温碳化，得到碳/硫化锂复合材料。其所述方法制得的硫化锂中含有大量的碳，导致其导电子能力过强，
导离子能力弱，不适用于固态电解质，且其所述方法是高温高能耗且排放大量温室气体二氧化碳。
[0008]上述方案存在有能耗高、杂质多等缺点，影响其在锂离子电池中的应用，也造成硫化锂的制备成本一直居高不下，成为推动锂
‑
硫电池和基于硫化物电解质的全固态电池实用化的一个重要制约因素，因此开发成本低廉、绿色环保和易于大规模工业化的硫化锂合成方法具有重要意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种固态电解质用硫化锂及其制备方法和应用，本专利技术中利用硅作为还原剂，能耗低，降低了成本，本专利技术在真空下采用500～800℃进行反应即可，降低反应温度，能耗低，基本没有碳残留，并且无需通氮气，降低工艺复杂度，降低成本。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种固态电解质用硫化锂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0012](1)将无水硫酸锂与单质硅混合，进行烧结处理，得到硫化锂和二氧化硅的混合物；
[0013](2)将步骤(1)得到的硫化锂和二氧化硅的混合物与溶剂混合，进行固液分离、蒸馏及干燥，得到固态电解质用硫化锂。
[0014]本专利技术采用无水硫酸锂和单质硅进行反应得到硫化锂，避免了使用金属锂、H2S等危险品作为原料，同时，通过采用硅作为还原剂以替代碳材料，基本避免了碳残留而导致的电子导电率升高，通过避开使用碳从而减少大量CO2温室气体的排放，另外，使用碳作为还原剂进行反应制得的硫化锂，产物中的碳含量高，导致材料的导电子性能好，导离子性能差，作为固态电解质时效果差。并且通过采用简单的固相烧结的方法，即可制备高纯度的Li2S，因此更具有实际生产意义。
[0015]优选地，步骤(1)所述无水硫酸锂的含水量为300ppm以下，例如为50～300ppm，例如：50ppm、100ppm、150ppm、200ppm或300ppm等。
[0016]优选地，所述无水硫酸锂通过对硫酸锂进行脱水处理得到。
[0017]优选地，所述脱水处理包括真空脱水。
[0018]优选地，所述真空脱水的相对真空度为
‑
0.090～
‑
0.100Mpa，例如：
‑
0.090Mpa、
‑
0.092Mpa、
‑
0.095Mpa、
‑
0.098Mpa或
‑
0.100Mpa等。
[0019]优选地，所述真空脱水的温度为190～250℃，例如：190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等。
[0020]优选地，所述真空脱水的时间为4～40h，例如：4h、10h、20h、35h或40h等，优选为8～20h。
[0021]因为硫化锂可能会与体系中的水进行反应，于是事先对硫酸锂进行脱水处理，脱水至300ppm以下，水分含量的范围可以为50～300ppm，另外无水硫酸锂的反应温度也比较低，有利于降低能耗，对硫酸锂进行脱水处理制得无水硫酸锂比直接购买无水硫酸锂成本低。
[0022]优选地，步骤(1)所述混合前对无水硫酸锂进行球磨处理。
[0023]优选地，所述球磨处理的转速为200～600rpm，例如：200rpm、300rpm、400rpm、500rpm或600rpm等。
[0024]优选地，所述球磨处理的时间为2～6h，例如：2h、3h、4h、5h或6h等。
[0025]优选地，所述球磨处理的球料比为(5～10):1，例如：5:1、6:1、7:1、8:1、9:1或10:1等。
[0026]优选地，所述无水硫酸锂的粒径为1.0～10.0μm，例如：1.0μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质用硫化锂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将无水硫酸锂与单质硅混合，进行烧结处理，得到硫化锂和二氧化硅的混合物；(2)将步骤(1)得到的硫化锂和二氧化硅的混合物与溶剂混合，进行固液分离、蒸馏及干燥，得到固态电解质用硫化锂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述无水硫酸锂的含水量为50～300ppm；优选地，所述无水硫酸锂通过对硫酸锂进行脱水处理得到；优选地，所述脱水处理包括真空脱水；优选地，所述真空脱水的相对真空度为
‑
0.090～
‑
0.100MPa；优选地，所述真空脱水的温度为190～250℃；优选地，所述真空脱水的时间为4～40h，优选为8～20h。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合前对无水硫酸锂进行球磨处理；优选地，所述球磨处理的转速为200～600rpm；优选地，所述球磨处理的时间为2～6h；优选地，所述球磨处理的球料比为(5～10)：1；优选地，所述球磨后无水硫酸锂的粒径为1.0～10.0μm，优选为2.1～5.2μm。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述无水硫酸锂和所述单质硅的摩尔比为1：(1.8～2.0)，优选为1：(1.95～2.0)。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述单质硅包括单晶硅、...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，余欣瑞，夏凡，李家勇，刘博，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：