包含硫化物电解质的组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种组合物，该组合物包含根据式(I)的产物或基本上由其组成：Li

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含硫化物电解质的组合物
[0001]本申请要求在欧洲于2021年1月28日以编号21305113.9和于2021年8月26日以编号21315145.9提交的申请的优先权，出于所有目的将这些申请中的每一个的全部内容通过援引并入本申请。
[0002]本专利技术涉及一种包含硫化物电解质的组合物及其用于制备在电极或电解质层的制备中使用的组合物(C)的用途。


[0003]锂电池是具有以下这样的结构的电池，在该结构中，锂作为离子从正极溶解并通过充电时的迁移被负极吸收，而锂离子在放电时从负极返回到正极。锂二次电池由于其如能量密度大和使用寿命长等特性而被广泛用作家用电器(例如，摄像机)、便携式电子设备(例如，笔记本电脑和移动电话)、电动工具等的电源，并且近年来，正在应用于安装在电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)等上的大容量电池。因此，锂电池因其高能量密度和功率密度而被用于为便携电子设备和电动车辆供能。
[0004]锂电池利用由溶解在有机溶剂中的锂盐构成的液体电解质。上述体系产生了安全问题，因为有机溶剂是可燃的。锂枝晶的形成和穿过液体电解质介质可能造成短路并产生热，这造成导致严重损伤的事故。
[0005]不可燃无机固体电解质为安全问题提供了解决方案。另外，它们的机械稳定性帮助抑制锂枝晶的形成，从而防止自放电和加热问题，并且延长电池的使用寿命。
[0006]式Li6PS5X(其中X是卤素)的固体硫化物电解质由于其高离子电导率和机械特性，对于锂电池应用是有利的(参见Yosuke UKAWA等人，“Preparation procedure of argyrodite
‑
type Li6PS5X(X＝Cl,Br,I)solid electrolytes and their ionic conductivity[硫银锗矿型Li6PS5X(X＝Cl，Br，I)固体电解质的制备程序及其离子电导率]”，Symposium on Basic Science of Ceramics[陶瓷基础科学研讨会]，2015年1月(1G18)，the Ceramic Society of Japan[日本陶瓷学会])。这些电解质可以通过冷压被造粒并附着到电极材料上，这消除了高温组装步骤的必要性。去除高温烧结步骤消除了在锂电池中使用锂金属阳极的挑战之一。
[0007]技术问题
[0008]固体硫化物电解质遇到的一个困难是当材料与湿气接触时释放硫化氢(H2S)。硫化氢具有刺鼻气味并且是有毒的，因此需要在实验室或工厂采取安全措施以避免技术人员暴露于H2S。因此，需要一种释放较低量H2S的固体硫化物电解质。另一个困难是固体硫化物电解质在暴露于空气中存在的二氧化碳时可能被碳化，从而对离子电导率特性产生不利影响。还需要呈自由流动制品形式的固体硫化物材料以便于运输，其包含少量粉尘以确保安全搬运和储存。然而，固体硫化物电解质仍然需要与聚合物粘合剂容易混合并分散以制备在电极或电解质层的制备中使用的组合物。
[0009]本专利技术目的在于解决这个技术问题。

技术介绍

[0010]EP 2504879 B1披露了一种基于硫化物电解质和H2S抑制剂的组合物。
[0011]JP 2011165650 A2披露了一种基于硫化物电解质和捕获H2S的碱的组合物。
[0012]EP 2732451 B1披露了一种用于生产硫化物固体电解质材料的方法，该方法包括将醚化合物添加到硫化物固体电解质材料的粗粒材料中并通过粉碎处理使粗粒材料微粒化的步骤。所获得的产物表现出比本专利技术的组合物小得多的尺寸。
[0013]KR 102003300 B1披露了平均尺寸在0.1至50μm范围内的硫化物颗粒。
[0014]JP 2019102412 A2披露了一种减小硫化物粗颗粒的颗粒尺寸的方法。粗颗粒的D50是200μm或更小。

技术实现思路

[0015]本专利技术涉及如权利要求1至21中披露的组合物。本专利技术还涉及如权利要求22中披露的制备组合物的方法以及如权利要求23或权利要求24中披露的其用途。
[0016]现将进一步描述这些目的。
附图说明
[0017]图1/1提供了根据本专利技术的组合物的照片。
具体实施方式
[0018]该组合物包含根据式(I)的产物或基本上由其组成：
[0019]Li
a
PS
b
X
c
(I)
[0020]其中
[0021]‑
X表示至少一种卤素元素；
[0022]‑
a表示从2.0至7.0的数，例如从3.0至6.0、从4.0至6.0或从5.0至6.0；
[0023]‑
b表示从3.5至5.0的数，例如从3.9至5.0或从4.1至5.0；并且
[0024]‑
c表示从0至3.0的数，例如从0.9至2.9或从1.0至2.5。
[0025]根据式(I)，c可以等于零。在这种情况下，产物不包含任何卤素组分并且产物是根据式(I
’
)：
[0026]Li
a
PS
b
(I
’
)
[0027]其中
[0028]‑
a表示从2.0至7.0的数，例如从3.0至7.0；并且
[0029]‑
b表示从3.5至5.0的数，例如从3.9至4.9或从4.0至4.5。
[0030]根据式(I)，c可以是从0.9至1.1。在这种情况下，产物可以是根据式(I”)：
[0031]Li
a
PS
b
X
c
’
ꢀꢀ
(I”)
[0032]其中
[0033]‑
c
’
表示从0.9至1.1的数，例如等于1.0。
[0034]根据这个式(I”)，X优选地是Cl。在这种情况下，式(I”)是如下：
[0035]Li
a
PS
b
Cl
c
’
ꢀꢀ
(I”)
[0036]在一些实施例中，该组合物包含根据式(II)的产物或基本上由其组成：
[0037]Li7‑
x
PS6‑
x
X
x
ꢀꢀ
(II)
[0038]其中：
[0039]‑
x是在0.5与2.0之间的正数；
[0040]‑
X是在Cl、Br和I或其组合的组中选择的卤素。
[0041]x更特别地在0.8与1.8之间。x可以例如等于1.0或等于1.5。x也可以在0.95与1.05之间或者在1.45与1.55之间。X更特别地是Cl、Br或其组合。X也可以更特别地是Cl。
[0042]在一些优选实施例中，产物是Li6PS5Cl、Li4P2S6、Li7PS6、Li7P3S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组合物，其包含根据式(I)的产物：Li
a
PS
b
X
c
(I)其中
‑
X表示至少一种卤素元素；
‑
a表示从2.0至7.0的数；
‑
b表示从3.5至6.0的数；并且
‑
c表示从0至3.0的数；呈颗粒或制品的形式，其尺寸使得小于10.0wt％的该组合物通过200μm的筛。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，该产物是根据式(II)：Li7‑
x
PS6‑
x
X
x
(II)其中：
‑
x是在0.5与2.0之间的正数；
‑
X是在Cl、Br和I或其组合的组中选择的卤素。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其基本上由根据式(I)或(II)的产物组成。4.根据权利要求1至3所述的组合物，其中，该产物是Li6PS5Cl、Li4P2S6、Li7PS6、Li7P3S
11
或Li3PS4。5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，该组合物进一步包含：
‑
Li
a
PS
b
X
c
或Li7‑
x
PS6‑
x
X
x
的非晶相；和/或
‑
LiX；和/或
‑
Li2S；和/或
‑
Li
15
P4S
16
Cl3；和/或
‑
Li3PO4。6.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其由以下组成：
‑
如上披露的具有式(I)或式(II)的产物；
‑
LiX；和/或
‑
Li2S；和/或
‑
Li
15
P4S
16
Cl3；和/或
‑
Li3PO4。7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，这些颗粒的尺寸使得小于10.0wt％的该组合物通过400μm的筛。8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其呈具有在3个正交方向上的尺寸的3维制品的形式，每个尺寸超过2mm。9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，该组合物中的该具有式(I)或(II)的产物的比例高于80.0wt％、优先高于90.0wt％、优先高于95.0wt％。10.根据前述权利要求中任一项所述的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：法国特种经营公司，
类型：发明
国别省市：