固体电解质制造技术

本发明专利技术涉及一种固体电解质。该固体电解质为基于硫银锗矿的固体电解质，其可以含有具有通过模拟从头算分子动力学(AIMD)计算的新型组成的化合物。所述含有具有新型组成的化合物的固体电解质由于促进了区域中单原子的扩散，因此具有优异离子导电性的优点，所述新型组成满足一定范围的单原子无序(

【技术实现步骤摘要】
固体电解质


[0001]本专利技术涉及一种含有具有优异离子导电性的化合物的基于硫银锗矿的固体电解质(argyrodite
‑
based solid electrolyte)，其中所述离子导电性是通过模拟从头算分子动力学(Ab initio molecular dynamics)(AIMD)来计算的。

技术介绍

[0002]如今，二次电池(secondary batteries)广泛应用于各种设备，从诸如车辆和电力存储系统等大型设备到诸如移动电话、便携式摄像机和笔记本电脑等小型设备。
[0003]随着二次电池应用领域的扩大，对二次电池的改善安全性和高性能的需求日益增加。锂二次电池作为二次电池的一种，与镍锰电池或镍镉电池相比，具有能量密度更高且每单位面积容量更大的优点。
[0004]然而，锂二次电池中使用的大多数常规电解质是液体电解质，例如有机溶剂。因此，电解质泄漏以及由此引发的火灾隐患等安全问题不断被提出。
[0005]因此，近年来，对使用固体电解质而不是液体电解质的全固态电池的兴趣增加，以提高锂二次电池的安全性。全固态电池用固体电解质代替了此种液体电解质，因此在安全性方面具有优势，因为电池的所有组件，例如电极和电解质，都是固体。此外，因为已知全固态电池由于使用Li金属或合金作为阳极材料而具有与电池性能相关的优势，诸如高能量密度、高功率和长寿命，由此已经对全固态电池(特别是具有硫银锗矿晶体结构的固体电解质)进行了大量研究。
[0006]本专利技术背景部分中包括的信息仅用于增强对本专利技术的一般背景的理解，并且不得视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的相关技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的各个方面涉及提供一种全固态电解质，其具有新颖的组成以满足适当范围的单原子阴离子无序(
è
)，这是通过模拟从头算分子动力学(AIMD)计算的离子导电性的主要因素，并且满足形成为Li金属离子迁移路径的区域的适当范围标准偏差(STD)，实现优异的离子导电性。
[0008]本专利技术的目的不限于上述的那些。本专利技术的其它目的可以从以下描述更清楚地理解并且能够通过权利要求及其组合中定义的方式来实现。
[0009]本专利技术的各个方面涉及提供一种固体电解质，其包含由下式1表示的化合物：
[0010][式1][0011]Li7‑
a
‑
b
[(A1‑
b
/B
b
)C4]C1‑
a
D
1+a
[0012]其中A和B是多原子阴离子，并且C和D是单原子阴离子；
[0013]A是第4族元素，B是第5族元素，C是第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种；并且a满足
‑
1<a<1，且b满足0<b<1。
[0014]固体电解质可以在形成为Li金属离子的迁移路径的区域中包括选自由C和D组成
的组中的至少一种元素的单原子阴离子。
[0015]C元素的单原子阴离子可以与D元素的单原子阴离子具有相似的大小。
[0016]形成为Li金属离子迁移路径的区域的尺寸的标准偏差(STD)可以随单原子阴离子无序(
è
)增加而减小。
[0017]随着a增大，单原子阴离子无序(
è
)可以增加，所述区域尺寸的标准偏差(STD)可以降低，并且离子导电性增加。
[0018]包括在所述区域内的从由C和D组成的组中选择的至少一种元素的单原子阴离子的无序(
è
)可以为25％或更多，并且所述区域尺寸的标准偏差(STD)可以小于0.15。
[0019]当满足所述单原子阴离子无序(
è
)范围和所述区域尺寸的标准偏差(STD)范围时，可以促进所述区域中单原子阴离子的扩散并从而可以增加离子导电性。
[0020]所述固体电解质可以包括由下式2表示的化合物：
[0021][式2][0022]Li6‑
a
[BC4]C1‑
a
D
1+a
[0023]其中，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种；并且a满足
‑
1<a<1。
[0024]所述固体电解质可以包括由下式3表示的化合物：
[0025][式3][0026]Li6[B][C]5D
[0027]其中，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种。
[0028]所述固体电解质可以包括从由Li6PTe5Br、Li6SbTe5Br、Li6AsTe5Br、Li6AsSe5Cl、Li6SbTe5I、Li6NTe5I、Li6NSe5Cl、Li6PS5F、Li6SbSe5Cl、Li6PSe5Cl、Li6NTe5Br、Li6AsTe5I、Li6PTe5I、Li6NSe5Br、Li6PSe5Br、Li6PTe5Cl、Li6AsSe5Br、Li6SbSe5Br、Li6SbS5Cl、Li6NS5Cl、Li6AsTe5Cl、Li6PS5Cl或其混合物构成的组中选择的至少一种。
[0029]所述固体电解质可以包括由下式4表示的化合物：
[0030][式4][0031]Li7[B][C]6[0032]其中，B为第5族元素且C为第6族元素。
[0033]所述固体电解质可以包括从由Li7NTe6、Li7NO6、Li7AsTe6、Li7PSe6、Li7PTe6、Li7PS6、Li7NSe6、Li7SbS6、Li7AsSe6、Li7SbTe6、Li7AsS6、Li7SbSe6、Li7AsO6或其混合物构成的组中选择的至少一种。
[0034]所述固体电解质可以包括由下式5表示的化合物：
[0035][式5][0036]Li5[B][C]4D2[0037]其中，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种。
[0038]所述固体电解质可以包括从由Li7PTe4Br2、Li7SbTe4Br2、Li7AsTe4Br2、Li7AsSe4Cl2、Li7SbTe4I2、Li7NTe4I2、Li7NSe4Cl2、Li7PS4F2、Li7SbSe4Cl2、Li7PSe4Cl2、Li7NTe4Br2、Li7AsTe4I2、Li7PTe4I2、Li7NSe4Br2、Li7PSe4Br2、Li7PTe4Cl2、Li7AsSe4Br2、Li7SbSe4Br2、
Li7SbS4Cl2、Li7NS4Cl2、Li7AsTe4Cl2、Li7PS5Cl2或其混合物构成的组中选择的至少一种。
[0039]所述固体电解质可以包括由下式6表示的化合物：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含由下式1表示的化合物的固体电解质：[式1]Li7‑
a
‑
b
[(A1‑
b
/B
b
)C4]C1‑
a
D
1+a
其中，A和B为多原子阴离子，并且C和D为单原子阴离子；A为第4族元素，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种；并且a满足
‑
1<a<1，并且b满足0<b<1。2.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述固体电解质在形成为Li金属离子的迁移路径的区域中包含C和D的单原子阴离子。3.根据权利要求2所述的固体电解质，其中形成为Li金属离子的迁移路径的所述区域的尺寸的标准偏差STD随单原子阴离子无序
è
增加而降低。4.根据权利要求2所述的固体电解质，其中随着所述a增加，单原子阴离子无序
è
增加，所述区域的尺寸的标准偏差STD降低，并且离子电导率增加。5.根据权利要求3所述的固体电解质，其中包括在所述区域中从由C和D构成的组中选择的至少一种元素的单原子阴离子的无序
è
等于或大于25％，并且所述区域的尺寸的标准偏差STD小于0.15。6.根据权利要求5所述的固体电解质，其中当满足所述单原子阴离子的无序
è
范围以及所述区域的尺寸的标准偏差STD范围时，促进所述区域中单原子阴离子的扩散并由此增加离子电导率。7.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含由下式2表示的化合物：[式2]Li6‑
a
[BC4]C1‑
a
D
1+a
其中，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种；并且所述a满足
‑
1<a<1。8.根据权利要求7所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含由下式3表示的化合物：[式3]Li6[B][C]5D其中，B为第5族元素，C为第6族元素，并且D是从由F、Cl、Br、I或它们的混合物构成的组中选择的一种。9.根据权利要求8所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含从由Li6PTe5Br、Li6SbTe5Br、Li6AsTe5Br、Li6AsSe5Cl、Li6SbTe5I、Li6NTe5I、Li6NSe5Cl、Li6PS5F、Li6SbSe5Cl、Li6PSe5Cl、Li6NTe5Br、Li6AsTe5I、Li6PTe5I、Li6NSe5Br、Li6PSe5Br、Li6PTe5Cl、Li6AsSe5Br、Li6SbSe5Br、Li6SbS5Cl、Li6NS5Cl、Li6AsTe5Cl、Li6PS5Cl或它们的混合物构成的组中选择的至少一种。10.根据权利要求7所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含由下式4表示的化合物：
[式4]Li7[B][C]6其中，B为第5族元素且C为第6族元素。11.根据权利要求10所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含从由Li7NTe6、Li7NO6、Li7AsTe6、Li7PSe6、Li7PTe6、Li7PS6、Li7NSe6、Li7SbS6、Li7AsSe6、Li7SbTe6、Li7AsS6、Li7SbSe6、Li7AsO6或其混合物构成的组中选择的至少一种。12.根据权利要求7所述的固体电解质，其中所述固体电解质包含由下式5表示的化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋仁雨，成柱咏，闵泓锡，张容准，李尚宪，李常旭，田炳善，
申请(专利权)人：起亚株式会社汉阳大学校ERICA产学协力团，
类型：发明
国别省市：