一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，涉及一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：1）、制备硫化锂材料；2）、将10~100重量份溶剂、0~1质量份分散剂、1重量份包含硫化锂材料的原料，在密闭容器内混合，干燥得到电解质前驱体粉末；3）、将步骤2）得到的电解质前驱体粉末进行热处理，粉碎研磨，得到纳米尺寸硫化物固体电解质材料。本发明专利技术制备工艺简单，制备出的电解质尺寸可达纳米级，电解质颗粒尺寸减小，则比表面积增大，与正极活性物质混合后接触面积及离子传导效率显著提高，可提高正极中活性物质质量百分比，从而提高全固态电池的性能。固态电池的性能。固态电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池已广泛应用于众多领域，包括便携式电子产品、电动汽车、电网存储等。然而，对于未来高续航里程的电动汽车，则需要更高的能量密度，而商业锂离子电池的能量密度已达到极限。此外，高度易燃的液体电解质的泄漏和热不稳定性对商业锂离子电池造成了严重的安全问题。为了解决这些问题，全固态锂电池技术已被广泛认为是最有前途的候选技术之一。
[0003]无机固体电解质不泄漏和不挥发，并具有宽的电位窗口和更高的热稳定性，从而大大提高了锂离子电池的安全性。其次，其通过成功选用锂负极，可以大大提高电池能量密度，同时，无机固体电解质相较于液体电解质更适用于高压正极材料。无机固态电解中，硫化物固体电解质具有较高的电导率，机械性能好。
[0004]目前，硫化物电解质颗粒尺寸较大（5~10μm），电解质颗粒比表面积小，因此，全固态锂电池的复合正极材料中需添加质量比30%以上的电解质粉末，以保证正极层中活性物质与电解质充分接触，实现正常离子传输，从而降低了正极材料中活性物质成分含量。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种纳米尺寸的硫化物固体电解质材料及其制备方法，该方法通过加入多种溶剂和分散剂以达到细化晶粒组织、减少颗粒尺寸的目的。
[0006]本专利技术一个方面提供了一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示的化学式中的一种或多种：(100
‑
x
‑
y)Li2S
·
xP2S5·
yM
m
N
n
ꢀꢀ
式Ⅰ，其中0≤x＜100，0≤y＜100，0≤x+y＜100，0≤m＜4，0≤n＜6，M为Li、Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，N为Se、O、Cl、Br、I中的一种或多种；Li
10
±
l
Ge1‑
g
G
g
P2‑
q
Q
q
S
12
‑
w
W
w
ꢀꢀ
式Ⅱ，其中，0≤l＜1，0≤g≤1，0≤q≤2，0≤w＜1，G为Si和/或Sn，Q为Sb，W为O、Se、Cl、Br、I中的一种或多种；Li6±
l
P1‑
e
E
e
S5±
l
‑
r
R
r
X1±
l
ꢀꢀ
式Ⅲ，其中，0≤l＜1，0≤e＜1，0≤r＜1，E为Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，R为O和/或Se，X为Cl、Br、I中的一种或多种；所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的尺寸为10~500nm。
[0007]本专利技术提供的硫化物固体电解质材料具有纳米尺寸，尺寸为10~500nm，其作为电池电解质，可有效提高与正极活性物质的接触面积和离子输运能力，进而提高复合正极中活性物质占比，有利于电池性能的提升。
[0008]作为优选，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的尺寸为10~100nm。
[0009]作为优选，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的室温离子电导率为1
×
10
‑4~1
×
10
‑
1 S/cm。本文中的室温指的是15~35℃。
[0010]作为优选，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的室温离子电导率1
×
10
‑3~5
×
10
‑
2 S/cm。
[0011]本专利技术另一个方面提供了纳米尺寸硫化物固体电解质材料的制备方法，包括以下步骤：1）、制备硫化锂材料；2）、将10~100重量份溶剂、0~1质量份分散剂、1重量份包含硫化锂材料的原料，在密闭容器内混合，干燥得到电解质前驱体粉末；3）、将步骤2）得到的电解质前驱体粉末进行热处理，粉碎研磨，得到纳米尺寸硫化物固体电解质材料。
[0012]本专利技术通过加入多种溶剂或同时加入多种溶剂和分散剂以提高电解质晶体成核率，另一方面，依靠机械分散，使成长中的枝晶破碎，增加晶核数量，从而达到细化晶粒组织、减小颗粒尺寸的目的。
[0013]作为优选，硫化锂材料的制备方法包括球磨法、碳热还原法、锂化含硫化学物质、硫化金属锂纳米颗粒、含锂和含硫物质互相反应中的一种或几种。
[0014]作为优选，步骤2）中的溶剂为甲苯、氯苯、二甲苯、碳酸二甲酯、N
‑
甲基甲酰胺、正己烷、甘醇二甲醚、二丁醚、乙醇、1,2
‑
乙二胺、1,2
‑
乙二硫醇、乙腈、四氢呋喃、甲醇、异丙醚、丙酮、己烯、乙酸乙酯中的一种或几种的混合。
[0015]作为优选，步骤2）中的分散剂为曲拉通X
‑
100、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂基硫酸铵、月桂基醚硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、Pluronic F
‑
127、吐温80、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种的混合。
[0016]作为优选，步骤2）中，分散剂的质量份为：0＜分散剂的质量份≤1。本专利技术同时加入多种溶剂和分散剂，有利于降低颗粒尺寸。
[0017]作为优选，步骤2）中的混合方式包括机械搅拌、机械振荡、超声分散、球磨、辊磨中的一种或几种的混合。
[0018]作为优选，混合时间为1~48小时。
[0019]作为优选，所述干燥方法为减压抽滤、真空干燥、鼓风干燥的一种或几种的混合。
[0020]作为优选，步骤2）中的干燥温度为10~100℃，干燥时间为1~48小时。
[0021]作为优选，步骤3）的热处理温度为100~600℃，热处理时长为0.5~24小时。
[0022]本专利技术另一个方面提供了一种全固态锂电池，包括正极、负极和所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料。
[0023]作为优选，正极中活性物质质量百分比为70~99.9%。所述的活性物质没有限制，不限具体种类，只要本领域技术人员熟知的电极活性材料都可以用于本专利技术。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的硫化物固体电解质材料为纳米尺寸，尺寸为10~500nm；2、本专利技术的纳米尺寸硫化物固体电解质材料具有较高的离子电导率；3、本专利技术提供的制备方法中，通过加入原料质量10~100倍的溶剂，并结合机械分
散，达到细化晶粒组织、减小颗粒尺寸的目的，从而获得纳米尺寸电解质材料；4、本专利技术提供的制备方法中同时加入溶剂和分散剂，通过溶剂和分散剂的配合使用，大大降低材料尺寸；5、以本专利技术的纳米尺寸硫化物固体电解质材料作为全固态锂电池的电解质，可有效提高与正极活性物质的接触面积和离子输运能力，进而提高复合正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米尺寸硫化物固体电解质材料，其特征在于，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料具有式Ⅰ、式Ⅱ、式Ⅲ所示的化学式中的一种或多种：(100
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x
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y)Li2S
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xP2S5·
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m
N
n
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式Ⅰ，其中0≤x＜100，0≤y＜100，0≤x+y＜100，0≤m＜4，0≤n＜6，M为Li、Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，N为Se、O、Cl、Br、I中的一种或多种；Li
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g
G
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P2‑
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W
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式Ⅱ，其中，0≤l＜1，0≤g≤1，0≤q≤2，0≤w＜1，G为Si和/或Sn，Q为Sb，W为O、Se、Cl、Br、I中的一种或多种；Li6±
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P1‑
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e
S5±
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r
R
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X1±
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式Ⅲ，其中，0≤l＜1，0≤e＜1，0≤r＜1，E为Ge、Si、Sn、Sb中的一种或多种，R为O和/或Se，X为Cl、Br、I中的一种或多种；所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的尺寸为10~500nm。2.根据权利要求1所述的纳米尺寸硫化物固体电解质材料，其特征在于，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的尺寸为10~100nm。3.根据权利要求1所述的纳米尺寸硫化物固体电解质材料，其特征在于，所述纳米尺寸硫化物固体电解质材料的室温离子电导率为1
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‑4~1
×
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‑
1 S/cm。4.一种如权利要求1所述的一种纳米尺寸硫化物固体电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚霞银，吴铭，刘高瞻，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：