固体电解质的合成方法、固态电解质组合物及电化学电池技术

一种合成固态电解质的方法，其中P2S5、Na2S和LiCl溶解于一种或多种溶剂中；其中在混合物反应时，NaCl沉淀出来并且从溶液中去除；去除所述溶剂；并且将硫化物固态电解质干燥，然后结晶以用于固态电池组。还描述了包括所产生的硫化物固态电解质的固态电池组。硫化物固态电解质的固态电池组。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体电解质的合成方法、固态电解质组合物及电化学电池
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2020年12月11日提交的未决美国临时专利申请第63/124,226号的优先权，所述美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。


[0003]本文所描述的各个实施例涉及一次和二次电化学电池、电极和电极材料、电解质和电解质组合物以及其对应的制备和使用方法的领域。

技术介绍

[0004]由于对提高可靠性、容量(mAh)、热特性、循环寿命和再充电性能的电池组技术的需求迅速增加，世界正在转向使用基于锂的电池组，如锂离子电池组和锂固态电池组。锂固态电池组提高了安全性和封装效率，同时还实现了锂离子电池组无法获得的高能化学。然而，需要进一步改进以降低与为这些固态电池组提供动力的固态电解质的合成相关的成本。如日本专利第JP
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6683363
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B2号所描述的，目前的合成需要使用如Li2S等昂贵的材料和使用昂贵的球磨设备。
[0005]为了降低这些生产成本，公司已转向用于产生固态电解质的溶液方法。如美国专利第10,903.518号所描述的，虽然这些溶液方法消除了对重资本的球磨设备的需求，但这些方法仍然依赖昂贵的前体来产生期望的固态电解质。高生产成本限制了当前锂固态电池组技术的大规模采用。
[0006]本公开提供了针对那些突出问题的解决方案。本文公开了一种用于使用廉价的碱金属前体在基于溶液的合成方法中使用轻资本加工设备来产生硫化物固态电解质的合成方法。使用廉价的前体和轻资本加工设备的能力可能允许以足够有吸引力的价格产生固态电解质材料，从而完全实现固态电池组技术的大规模采用。

技术实现思路

[0007]此申请描述了一种合成固态电解质的方法，所述方法包括：将含磷化合物和至少一种第一碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第一溶液；将至少一种第二碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第二溶液；将至少一种第二碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第二溶液；混合所述第一溶液和所述第二溶液以产生组合溶液，其中在所述组合溶液中在所述至少一种第一碱金属材料与所述至少一种第二碱金属材料之间发生复分解反应以产生固态电解质和一种或多种第三碱金属材料；沉淀所述一种或多种第三碱金属材料以在所述组合溶液中形成沉淀的碱金属材料；从所述组合溶液中去除所述沉淀的碱金属材料；以及从所述组合溶液中去除所述一种或多种溶剂以回收分离的固态电解质。
[0008]在一个实施例中，所述方法进一步包含通过对所述分离的固态电解质进行干燥、研磨、粒度减小和结晶中的至少一种来处理分离的固态电解质材料。
[0009]在所述方法的另一个实施例中，所述一种或多种溶剂包含醚、酯、腈、酮、四氢呋喃
或乙腈中的至少一种。
[0010]在另一个实施例中，所述方法进一步包括提供包括醇的另外的溶剂，所述醇包括甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
[0011]在另一个实施例中，所述方法进一步包括在所述溶液中的任何溶液中添加非反应性烃溶剂。
[0012]在所述方法的另一个实施例中，所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种包括Na2S、K2S、Rb2S、CS2S、NaHS、KHS、RbHS、CsHS、LiF、LiBr、Lil、Li2SO4、Li2CO3、LiOH或LiNO3。
[0013]在所述方法的另一个实施例中，所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种部分地取代Li2S或LiHS。
[0014]另一方面，此申请描述了一种合成固态电解质的方法，所述方法包括：将含磷化合物和至少一种第一碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第一溶液；将至少一种第二碱金属材料溶解于所述第一溶液中以形成第二溶液；混合所述第二溶液，其中在所述至少一种第一碱金属材料与所述至少一种第二碱金属材料之间发生复分解反应以产生固态电解质和一种或多种第三碱金属材料；沉淀所述一种或多种第三碱金属材料以在所述第二溶液中形成沉淀的碱金属材料；从所述第二溶液中去除所述沉淀的碱金属材料；从所述第二溶液中去除所述一种或多种溶剂以回收分离的固态电解质。
[0015]在所述方法的另一个实施例中，所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种包括Na2S、K2S、Rb2S、CS2S、NaHS、KHS、RbHS、CsHS、LiF、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2CO3、LiOH或LiNO3，并且其中所述一种或多种溶剂包含醚、酯、腈、酮、四氢呋喃、醇或乙腈中的至少一种。
[0016]另一方面，此申请描述了一种合成固态电解质的方法，所述方法包括：在第一溶剂中，形成包括Na2S和LiCl的第一溶液；从所述第一溶液中沉淀出NaCl；在第二溶剂中，形成溶解的Na2S和P2S5的第二溶液；混合所述第一溶液和所述第二溶液以形成第三溶液，其中产生固态电解质；在所述第三溶液中，使包括所述固态电解质的上清液与沉淀的NaCl分离；从所述第三溶液中去除沉淀的NaCl；从包括所述固态电解质的所述上清液中去除所述第一溶剂和所述第二溶剂中的一种或两种；以及处理所述固态电解质。
[0017]在所述方法的另一个实施例中，处理包含对所述固态电解质进行干燥、研磨、结晶和粒度减小中的至少一种。
[0018]在所述方法的另一个实施例中，所述第一溶剂至少包含丙醇或乙醇。
[0019]在所述方法的另一个实施例中，所述第一溶剂进一步包含非反应性烃溶剂。
[0020]在所述方法的另一个实施例中，所述第二溶剂至少包含四氢呋喃、乙腈和乙酸乙酯。
[0021]在所述方法的另一个实施例中，所述第二溶剂进一步包含非反应性烃溶剂。
[0022]在所述方法的另一个实施例中，分离包含对所述第三溶液进行离心或过滤中的至少一种。
[0023]在所述方法的另一个实施例中，所述第一溶液中的所述Na2S至少部分地被一种或多种包含Li2S、Na2S、K2S、Rb2S和Cs2S的碱金属硫化物取代。
[0024]在所述方法的另一个实施例中，所述第二溶液中的所述Na2S至少部分地被一种或
多种包含Na2S、K2S、Rb2S和Cs2S的碱金属硫化物取代。
[0025]在所述方法的另一个实施例中，所述Na2S至少部分地被一种或多种包含NaHS、KHS、RbHS和CsHS的碱金属氢硫化物取代。
[0026]在所述方法的另一个实施例中，所述LiCl至少部分地被一种或多种支持所述复分解反应的锂卤化物和锂盐(碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、氮化物、氢氧化物)取代。
[0027]另一方面，此申请包括通过本文所描述的方法中的任何方法合成的固态电解质。
[0028]另一方面，此申请包括一种基于锂的电化学电池，其包括通过本文所描述的方法中的任何方法合成的固态电解质。
附图说明
[0029]本公开可以通过参考如下文简要描述的附图以及以下具体实施方式理解。应注意，出于清楚说明的目的，附图中的某些元件可能未按比例绘制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种合成固态电解质的方法，所述方法包括：将含磷化合物和至少一种第一碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第一溶液；将至少一种第二碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第二溶液；混合所述第一溶液和所述第二溶液以产生组合溶液，其中在所述组合溶液中在所述至少一种第一碱金属材料与所述至少一种第二碱金属材料之间发生复分解反应以产生固态电解质和一种或多种第三碱金属材料；沉淀所述一种或多种第三碱金属材料以在所述组合溶液中形成沉淀的碱金属材料；从所述组合溶液中去除所述沉淀的碱金属材料；从所述组合溶液中去除所述一种或多种溶剂以回收分离的固态电解质。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含通过对所述分离的固态电解质进行干燥、研磨、粒度减小和结晶中的至少一种来处理分离的固态电解质材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种溶剂包含醚、酯、腈、酮、四氢呋喃或乙腈中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供包括醇的另外的溶剂，所述醇包括甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括在所述溶液中的任何溶液中添加非反应性烃溶剂。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种包括Na2S、K2S、Rb2S、Cs2S、NaHS、KHS、RbHS、CsHS、LiF、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2CO3、LiOH或LiNO3。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种部分地取代Li2S或LiHS。8.一种合成固态电解质的方法，所述方法包括：将含磷化合物和至少一种第一碱金属材料溶解于一种或多种溶剂中以形成第一溶液；将至少一种第二碱金属材料溶解于所述第一溶液中以形成第二溶液；混合所述第二溶液，其中在所述至少一种第一碱金属材料与所述至少一种第二碱金属材料之间发生复分解反应以产生固态电解质和一种或多种第三碱金属材料；沉淀所述一种或多种第三碱金属材料以在所述第二溶液中形成沉淀的碱金属材料；从所述第二溶液中去除所述沉淀的碱金属材料；以及从所述第二溶液中去除所述一种或多种溶剂以回收分离的固态电解质。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一碱金属材料和所述第二碱金属材料中的一种或两种包括Na2S、K2S、Rb2S、Cs2S、NaHS、KHS、RbHS、CsHS、LiF、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2CO3、LiOH或LiNO3，并且其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：班杰明，
申请(专利权)人：坚固力量营运公司，
类型：发明
国别省市：