一种固态电解质及其制备方法和电池技术

本申请涉及一种固态电解质及其制备方法和电池，属于固态电解质技术领域。一种固态电解质，其化学通式为(Li

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质及其制备方法和电池


[0001]本申请涉及固态电解质
，且特别涉及一种固态电解质及其制备方法和电池。

技术介绍

[0002]伴随着石油、煤炭等一次能源日益消耗，储存量逐渐减少，可再生能源如风能、太阳能等二次能源将会逐步取代一次能源。但是，由于这些能源的不连续性，无法持续供应能量，故而需要一种能量储存器，来辅助实现能量的连续供应。当前最常见的可再生能源利用方式就是将其转化为电能来使用，即新能源发电技术，因为在当今世界，不管是工业生产还是社会生活，对电能的需求都是与日俱增。可见，必要的电能存储装置在新能源发电技术中起着举足轻重的作用。众所周知，应用最广泛的储能手段即蓄电池，而在众多的蓄电池种类中，锂电池因其寿命长、比能量高、放电性好、安全性高、体积小等优点，在储能领域的应用日益广泛，再加上政策扶持，锂电池目前已经成为了蓄电池领域的主要发展方向。
[0003]目前商用锂离子电池一般采用有机液态电解质和凝胶态电解质，不可避免的在电池体系中引入了易挥发、易燃、易爆的有机液体，给电池体系带来严重的安全隐患，相比之下，固态电解质在安全性、热稳定性、电化学稳定性等方面优势突出。因此，大力发展全固态锂离子电池，是从根本上解决电池安全问题的必经之路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种新的固态电解质。
[0005]为实现上述目的之一，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种固态电解质，其化学通式如式(Ⅰ)所示，
[0007](Li
>r
X
a
)(B
s
Y
b
)(S
t
Z
c
)式(Ⅰ)
[0008]式(Ⅰ)中，X选自Na、K、Mg、Ca、Al和Fe中的任意一种；Y选自Si、Al、P、Ga和Ge中的任意一种；Z选自O、Se、F、Cl、Br和I中的任意一种；
[0009]式(Ⅰ)中，X的阳离子价态为m，Y的阳离子价态为n，Z的阴离子价态为
‑
p；
[0010]r、a、s、b、t和c分别满足以下条件：
[0011]0≤a≤0.5，且r+a≤1；
[0012]0≤b≤0.5，且s+b≤1；
[0013]0≤c≤1，且t+c≤2；
[0014]r+ma+3s+nb＝2t+pc。
[0015]该固态电解质晶相结晶良好，可以在常压下稳定存在,且具有较好的离子电导率。
[0016]开发性能优异的固态电解质材料是发展全固态电池的重要环节，但目前所应用的常压合成技术工艺复杂，且合成的产物总有杂质，很难获得单一目标产物。为解决现有技术中所应用的常压合成技术工艺复杂，且合成的产物具有杂质，难以获得单一目标产物的技术问题，本专利技术的目的之二在于提供一种固态电解质的制备方法，该制备方法利用高压合
成技术以缩短锂离子之间的距离，从而提高电解质的离子电导率，且反应时间较短，制备出的目标产物单一，无副产物。
[0017]为实现上述目的之二，本专利技术采取的技术方案如下：
[0018]一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1.将初始原料混合后依次进行研磨、预压成型处理，得胚体；
[0020]S2.将步骤S1中的胚体在1
‑
5Gpa，650℃以上进行合成，即得所述固态电解质，其化学通式如式(Ⅰ)所示；
[0021]所述初始原料包括锂源、硫源、硼源，以及通式为X
a
Z
am/p
和Y
b
Z
bn/p
的化合物中的一种或多种；
[0022]所述锂源包括硫化锂、碘化锂、溴化锂和氧化锂中的一种或多种；所述硫源包括硫粉；所述硼源包括硼粉；
[0023]其中，X选自Na、K、Mg、Ca、Al和Fe中的任意一种；Y选自Si、Al、P、Ga和Ge中的任意一种；Z选自O、Se、F、Cl、Br和I中的任意一种；
[0024]其中，X的阳离子价态为m，Y的阳离子价态为n，Z的阴离子价态为
‑
p；
[0025]r、a、s、b、t和c分别满足以下条件：
[0026]0≤a≤0.5，且r+a≤1；
[0027]0≤b≤0.5，且s+b≤1；
[0028]0≤c≤1，且t+c≤2；
[0029]r+ma+3s+nb＝2t+pc。
[0030]本专利技术的目的之三在于提供一种由上述的制备方法制得的固态电解质。
[0031]为实现上述目的之三，本专利技术采用的技术方案如下：
[0032]一种如上述的制备方法制得的固态电解质。
[0033]本专利技术的目的之四在于提供一种电池，包含上述任意一种固态电解质。
[0034]为实现上述目的之四，本专利技术采用的技术方案如下：
[0035]一种电池，包含上述的任意一种的固态电解质。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037]图1为本申请实施例中的叶蜡石模块组装示意图；
[0038]图2为本申请试验例1中的X射线衍射谱图；
[0039]图3为本申请实施例1
‑
4中制备的目标产物的离子电导率测试结果。
[0040]图标：1
‑
金属堵头；2
‑
钼片；3
‑
叶腊石；4
‑
氧化锆环；5
‑
碳管；6
‑
六方氮化硼圆管；7
‑
坯件。
具体实施方式
[0041]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中
的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0042]目前已经报道的固态电解质包括NASICON型电解质、LISICON型电解质、钙钛矿型固态电解质、反钙钛矿型固态电解质、石榴石型电解质和硫化物电解质等。
[0043]在所有研究的固体电解质中，硫化物由于其最高的离子电导率、理想的机械延展性以及与电极的良好界面接触而成为最有前途的电解质体系。理论计算预测，Li
‑
B
‑
S体系可能具有极高的锂离子电导率，良好的电化学稳定性，因此具有巨大的应用前景。但目前所应用的常压合成技术工艺复杂，且合成的产物总有杂质，很难获得单一目标产物，使得该体系一直未有较大突破。
[0044]专利技术人利用高温高压技术，合成了一种新化合物，该化合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种固态电解质，其特征在于，其化学通式如式（Ⅰ）所示，(Li
r
X
a
)(B
s
Y
b
)(S
t
Z
c
) 式（Ⅰ）式（Ⅰ）中，X选自Na、K、Mg、Ca、Al和Fe中的任意一种；Y选自Si、Al、P、Ga和Ge中的任意一种；Z选自O、Se、F、Cl、Br和I中的任意一种；式（Ⅰ）中，X的阳离子价态为m，Y的阳离子价态为n，Z的阴离子价态为
‑
p；r、a、s、b、t和c分别满足以下条件：0≤a≤0.5，且r+a≤1；0≤b≤0.5，且s+b≤1；0≤c≤1，且t+c≤2；r+ma+3s+nb=2t+pc。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，a=b=c=0，所述固态电解质的化学式为LiBS2。3.根据权利要求1或2所述的固态电解质，其特征在于，式（Ⅰ）所示的化合物的晶型为立方相、四方相、六方相和单斜相中的任一种。4.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 将初始原料混合后依次进行研磨、预压成型处理，得胚体；S2. 将步骤S1中的胚体在1
‑
5Gpa，650℃以上进行合成，即得所述固态电解质，其化学通式为(Li
r
X
a
)(B
s
Y
b
)(S
t
Z
c
)；所述初始原料包括锂源、硫源、硼源，以及通式为X
a
Z
am/p
和Y
b
Z
bn/p
的化合物中的一种或多种；所述锂源包括硫化锂、碘化锂、溴化锂和氧化锂中的一种或多种；所述硫源包括硫粉；所述硼源包括硼粉；其中，X选自Na、K、Mg、Ca、Al和Fe中的任意一种；Y选自Si、Al、P、Ga和Ge中的任意一种；Z选自O、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：王李平，石少雄，赵予生，韩松柏，朱金龙，王培，李威威，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：