硫化物固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池生产技术领域，具体是硫化物固态电解质，硫化物固态电解质的化学组成为Li2WS3Ix，其中，0≦x≦1，硫化物固态电解质的原料来源为Li2S、WS2和I，的硫化物固态电解质引入二维层状WS2；方法包括如下步骤：对原料Li2S、WS2和I进行热处理，制备得到硫化物固态电解质；热处理在保护性气体下进行；保护性气体包括氩气、氦气和氖气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氩气。本发明专利技术本发明专利技术专利提供了一种硫化物固态电解质Li2WS3I

【技术实现步骤摘要】
硫化物固态电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池生产
，具体是硫化物固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]全固态电池是未来电池技术发展的必经之路，其高安全性和高能量密度越来越引起人们的关注。全固态电池是由正极材料、负极材料和固态电解质组成的，而一个好的固态电解质必须要满足高离子电导率、高离子迁移数、优异的力学性能、宽电化学稳定窗口、良好的化学/热稳定性和易制备等条件。所以，寻找和开发理想的固态电解质成为了学术界和企业界锂电人的研究热点。
[0003]目前，固态电解质主要可分为硫化物固态电解质、氧化物固态电解质和聚合物固态电解质三大类。其中，在离子电导率方面以硫化物固态电解质的性能最佳，其离子电导率可与液体电解液媲美。尽管如此，硫化物固态电解质也有明显的缺点，那就是化学不稳定，循环过程中容易与锂金属发生反应，导致电池的使用寿命迅速降低。因此，在维持硫化物固态电解质高离子电导率的前提下，寻找和发掘新型的硫化物固态电解质，从而提高和改善硫化物固态电解质的稳定性就变得很有必要。
[0004]因此，本领域亟需一种新型硫化物固态电解质，所述硫化物固态电解质的离子电导率高，并且具有高度的电化学稳定性，且制备过程简单，可作为一种理想的固态电解质材料应用于全固态电池中。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是目前主流的硫化物固态电解质(Li
10
GeP2S
12
、Li6PS5Cl)对锂不稳定，且空气中稳定性差；Li
>10
GeP2S
12
含有贵金属元素Ge影响量产，而Li6PS5Cl安全性差。
[0006]为了克服以上的技术缺陷，提供硫化物固态电解质及其制备方法。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为：硫化物固态电解质，所述硫化物固态电解质的化学组成为Li2WS3Ix，其中，0≦x≦1。
[0008]作为本专利技术再进一步的方案：所述x为0～1，优选为0.0125、0.02、0.025、0.05、0.08、0.1和0.125。
[0009]作为本专利技术再进一步的方案：所述硫化物固态电解质的原料来源为Li2S、WS2和I，所述的硫化物固态电解质引入二维层状WS2。
[0010]作为本专利技术再进一步的方案：所述方法包括如下步骤：对原料Li2S、WS2和I进行热处理，制备得到硫化物固态电解质；
[0011]所述热处理在保护性气体下进行；所述保护性气体包括氩气、氦气和氖气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氩气；所述热处理之前先对原料进行混合球磨，所述球磨优选为高能机械球磨，球磨过程中隔绝氧气；所述热处理之后还包括对得到的硫化物固态电解质进行研磨和筛分粒径的过程。
[0012]作为本专利技术再进一步的方案：所述保护性气体的流量为50～150sccm；所述球磨的转速为200～500rpm；所述球磨的时间为2～12h；所述球磨得到的材料粒径为100nm～100μm；所述热处理的温度为200～500℃，优选地，250～400℃；所述热处理的时间为2～10h；所述保护性气体的含水量<1ppm；所述保护性气体的含氧量<1ppm；所述筛分粒径的过程包括：研磨后的粉末用200目的筛子筛选出目数≥200目的材料。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：硫化物固态电解质的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0014]步骤一：按化学通式Li2WS3Ix的摩尔计量比称取原料，其中，0≦x≦1，所述原料为Li2S、WS2和I，将所述原料进行高能机械球磨混合，球磨的转速为200～500rpm，球磨时间为2～12h；
[0015]步骤二：对球磨后的材料在氩气流量为50～150sccm的气氛下，200～500℃预热处理2～12h，得到硫化物固态电解质材料。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：所述硫化物固态电解质用于全固态电池。
[0017]作为本专利技术再进一步的方案：所述全固态锂离子二次电池以权利要求1～7任一项所述的硫化物固态电解质作为电解质。
[0018]作为本专利技术再进一步的方案：研磨采用干法球磨，球磨机为行星式球磨机，研磨球为玛瑙球。
[0019]本专利技术与现有的技术相比的优点在于：
[0020]一、本专利技术专利提供了一种硫化物固态电解质Li2WS3I
x
(其中，0≦x≦1)，该硫化物固态电解质具有高离子电导率、空气中稳定的特点，能够适用于制备高功率、全气候的固态电池，推动固态电池在新能源汽车中的应用；
[0021]二、本专利技术的硫化物固态电解质制备工艺简单，合成温度低，具有较宽的电化学窗口，较好的电化学稳定性，可作为一种高离子电导固态电解质材料应用于全固态锂金属电池中。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]本专利技术实施例提供了硫化物固态电解质，所述硫化物固态电解质的化学组成为Li2WS3I
x
，其中，0≦x≦1。
[0024]在一个实施例中，所述x为0～1，优选为0.0125、0.02、0.025、0.05、0.08、0.1和0.125。
[0025]在一个实施例中，所述硫化物固态电解质的原料来源为Li2S、WS2和I，所述的硫化物固态电解质引入二维层状WS2。
[0026]在一个实施例中，本专利技术提供了一种硫化物固态电解质，所述的硫化物固态电解质引入二维层状WS2，具有载流子迁移率高的显著特点；W元素的引入，能够稳定硫化物固态电解质的结构，增强硫化物在潮湿空气中的抵抗性。同时，I元素的引入，能够对锂金属稳
定，且让锂负极具有自修复的特性。优选地，所述x为0.0125、0.02、0.025、0.05、0.08、0.1、0.125。在0～1的范围内，Li2WS3I
x
既能形成稳定的硫化物结构，又能保证离子电导率。
[0027]在一个实施例中，所述硫化物固态电解质的原料来源为Li2S、WS2和I。因为WS2具有相对稳定的结构，在潮湿空气中不易降解，WS2的添加可增加硫化物固态电解质的稳定性。进一步地，I的加入可使锂金属负极具有自修复性。因此，本专利技术的Li2WS3I
x
既能形成稳定的硫化物结构，又能保证离子电导率，同时对锂金属稳定。而且，W为非贵金属元素，容易量产。
[0028]在一个实施例中，所述方法包括如下步骤：对原料Li2S、WS2和I进行热处理，制备得到硫化物固态电解质。
[0029]所述热处理在保护性气体下进行；所述保护性气体包括氩气、氦气和氖气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氩气；所述热处理之前先对原料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硫化物固态电解质，其特征在于：所述硫化物固态电解质的化学组成为Li2WS3I
x
，其中，0≦x≦1。2.根据权利要求1所述的硫化物固态电解质，其特征在于：所述x为0～1，优选为0.0125、0.02、0.025、0.05、0.08、0.1和0.125。3.根据权利要求1所述的硫化物固态电解质，其特征在于：所述硫化物固态电解质的原料来源为Li2S、WS2和I，所述的硫化物固态电解质引入二维层状WS2。4.一种根据权利要求1～3任一项所述硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：对原料Li2S、WS2和I进行热处理，制备得到硫化物固态电解质。5.根据权利要求4所述的硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于：所述热处理在保护性气体下进行；所述保护性气体包括氩气、氦气和氖气中的任意一种或至少两种的组合，优选为氩气；所述热处理之前先对原料进行混合球磨，所述球磨优选为高能机械球磨，球磨过程中隔绝氧气；所述热处理之后还包括对得到的硫化物固态电解质进行研磨和筛分粒径的过程。6.根据权利要求5所述的硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于：所述保护性气体的流量为50～150sccm；所述球磨的转速为200～500rpm；所述球磨的时间为2～12h；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何天贤，雷源春，黄春英，张晓东，刘文杰，
申请(专利权)人：广州科技职业技术大学，
类型：发明
国别省市：