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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电池领域,具体涉及一种小粒径硫化物固态电解质的制备方法与应用,特别是低温化、颗粒细小化的硫化物固态电解质制备方法。
技术介绍
1、随着以负极为石墨、正极为磷酸铁锂或高镍三元的液态锂离子电池广泛普及,电池安全问题诸如自燃、起火、爆炸等问题受到了广泛的关注。相比于传统的锂离子电池而言,固态锂电池因更高理论能量密度、更高的界面稳定性、无枝晶生长及更宽的工作条件受到了人们的追捧,而限制固态电池发展的最大阻碍是固态电解质的离子电导率相较于液态电解液有着数量级的差距。近年来,硫化物固态电解质的问世将固态电解质的离子电导率拉到与液态相同的水准,因此,硫化物固态电解质的制备显得尤为重要。
2、传统的硫化物固态电解质的制备方法是将氯化锂、五硫化二磷、硫化锂颗粒按照特定比例混合,经高能球磨后烧结而成。其缺点在于高能球磨后烧结的硫化物固态电解质的颗粒聚集长大,形成体积较大的微观结构,这些大颗粒降低了固态电解质与电极的接触面积,进而增大了电池内阻,影响电池性能。相反,小颗粒的固态电解质有助于构建多离子传输通道,同时在消除局部应力集中方面有显著优势。此外,原材料氯化锂和硫化锂的高熔点使得硫化物固态电解质的烧结温度很高,这也增加了制备的工艺难度。
3、基于上述分析,一种能够采用低温进行烧结,且粒径小的固态硫化物电解质及其制备方法是本领域急需的。
技术实现思路
1、鉴于小颗粒硫化物固态电解质的制备困难,本专利技术的目的在于提供一种小粒径固态硫化物电解质的制备方法及其在固
2、本专利技术首先提供了一种小粒径固态硫化物电解质,化学式为li6-yps5-ycl1+y,简称lpsc。
3、本专利技术还提供了一种小粒径硫化物固态电解质的制备方法,包括如下步骤:
4、(1)将氯化锂(licl)、硫化物(li2s)和五硫化二磷(p2s5)按照一定质量比例混合获得初体材料;
5、进一步地,所述氯化锂、硫化物和五硫化二磷的质量比为2:1:3。
6、(2)将初体材料与硅油混合,在搅拌器下搅拌一定时间,使其均匀分散于一定体积的硅油中,获得硫化物固态电解质浆料;
7、进一步地,所述硅油包括但不限于:二甲基硅油、二乙基硅油等。
8、进一步地,所述硅油为二甲基硅油。
9、进一步地,所述初体材料与硅油的混合质量比例为(0.1~1):(1~5)。
10、进一步地,所述初体材料与硅油的混合质量比例为0.5:5。
11、进一步地,所述搅拌温度为20~30℃,搅拌压力为0.1~1.0mpa,搅拌时间为10~24h。
12、(3)将硫化物固态电解质浆料置于氮气气氛下按照一定温度、一定时间烧结至大颗粒多孔硫化物固态电解质;
13、进一步地,所述烧结温度为120~500℃,烧结时间为2~16h。
14、进一步地,所述烧结温度为300℃,烧结时间为8h。
15、(4)将大颗粒多孔硫化物固态电解质加入到球磨罐中,在300~400rpm下球磨2~10h,即得小粒径的硫化物固态电解质。
16、进一步地,所述球磨转速为400rpm,球磨时间为2h。
17、本专利技术还提供了一种根据上述任一制备方法制得的小粒径硫化物固态电解质。
18、本专利技术还提供了一种固态电池,该电池包括:
19、正极,负极以及电解质;其中:
20、所述电解质由上述小粒径硫化物固态电解质制得。
21、进一步地,所述正极材料ncm622为高镍三元正极材料lini0.6co0.2mn0.2。
22、进一步地,所述负极材料gr为层状石墨。
23、本专利技术还提供了一种上述固态电池的组装方法,其中:
24、该固态电池需要在h2o<0.1ppm、o2<0.1ppm的氮气气氛中组装。
25、本专利技术的有益效果是:
26、针对先球磨再烧结的传统硫化物固态电解质制备方法所得的硫化物固态电解质的粒径较大、烧结温度高、工艺难度大的问题,本专利技术通过将硫化物固态电解质初体材料均匀分散到硅油中形成小颗粒再烧结的方法,降低了烧结温度,同时,硅油的挥发造成的多孔小颗粒经球磨后所得硫化物固态电解质颗粒细小,性能表现优异。
27、(1)液态硅油的传热系数大于空气,通过硅油包裹共混再烧,可增加材料的传热系数,使得热量传递迅速且均匀,因此在较低的烧结温度下可实现硫化物固态电解质的完全烧结晶化。
28、(2)通过控制烧结温度高于硅油的沸点,即可去除浆料中的硅油,此时,烧结的硫化物固态电解质为疏松多孔态,其传热只能通过硫化物固态电解质初体材料传导,因此可以降低初体材料的烧结温度。
29、(3)得益于硅油的引入,本专利技术通过先烧结形成成多孔小颗粒,后经球磨破碎可以实现硫化物固态电解质的颗粒细化。
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1.一种小粒径硫化物固态电解质,化学式为Li6-yPS5-yCl1+y。
2.一种根据权利要求1所述小粒径硫化物固态电解质的制备方法,包括:
3.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
4.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
5.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
6.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
7.一种根据权利要求2~6任一所述的制备方法制得的小粒径硫化物固态电解质。
8.一种固态电池,包括:
9.根据权利要求8所述的固态电池,其中:
10.一种根据权利要求8所述的固态电池的组装方法,其中:
【技术特征摘要】
1.一种小粒径硫化物固态电解质,化学式为li6-yps5-ycl1+y。
2.一种根据权利要求1所述小粒径硫化物固态电解质的制备方法,包括:
3.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
4.根据权利要求2所述的制备方法,其中:
5.根据权利要求2所述的制备方法,其...
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