【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种多功能硫化物固态电解质、制备方法及多功能硫化物固态电池，属于硫化物固态电池。
技术介绍
1、目前，现有的固态电解质主要分为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和聚合物固态电解质三种，而硫化物固态电解质因为具有较高的离子电导率和加工性能而被认为是一种最具有广阔产业化前景的固态电解质材料。实现硫化物固态电解质的商业化应用首先要满足空气稳定性的前提条件，由于缺乏理论支撑以及合适的制备手段导致硫化物固态电解质的空气稳定性问题难以突破。满足空气稳定性的同时兼顾优异的电化学性能更为困难。目前，空气稳定性硫化物固态电解质离子电导率约为1×10-3ms cm-1，过低的离子电导率导致li+在固态电池中迁移速率过慢，电化学性能差。因此，目前硫化物固态电解质离实际应用的目标尚远。
2、现有技术中，技术人员采用了高能球磨、等离子体等方法来制备相应的固态电解质膜，但这些方法成本高昂，难以真正产业化。因此亟需寻找价格低廉且制备方法简单、性能更好的多功能固态电解质并应用于锂电池中。
技术实现思路
1、针对现有制备技术存在的上述问题，本申请的目的在于提出一种行之有效的多功能硫化物固态电解质方法，通过对原料li2s、p2s5、bii3进行普通的球磨煅烧得到高离子电导率，高空气稳定性，优异电化学性能的多功能硫化物固态电解质，进而推动其商业化发展。
2、根据本申请的第一个方面，提供了一种多功能硫化物固态电解质，所述多功能硫化物固态电解质的通式为li3+2xp1-xbixs4-1.5
3、可选地，所述多功能硫化物固态电解质选自lpbi0.02si，lpbi0.04si，lpbi0.06si，lpbi0.08si中的至少一种。
4、可选地，所述多功能硫化物固态电解质的离子电导率为1×10-4～4×10-3s/cm。
5、可选地，所述多功能硫化物固态电解质的离子电导率选自1×10-4s/cm、2×10-4s/cm、3×10-4s/cm、4×10-4s/cm中的任意值或上述任意两点间的范围值。
6、可选地，所述多功能硫化物固态电解质的空气稳定性为在湿度为40～60％的密闭容器中180min释放10～18cm3/g的h2s。
7、根据本申请的第二个方面，提供了一种上述所述的多功能硫化物固态电解质的制备方法，所述制备方法包括：
8、将含有li2s、p2s5、bii3的混合物，研磨、反应，得到所述多功能硫化物固态电解质。
9、可选地，所述li2s：p2s5：bii3的摩尔比为：1.5～1.65：0.5：0.02～0.1。
10、可选地，所述研磨之前先进行预磨，所述预磨的转速为100～300转/分，预磨的时间为1～2h。
11、可选地，所述预磨的转速选自100转/分、150转/分、200转/分、250转/分、300转/分中的任意值或上述任意两点间的范围值。
12、可选地，所述预磨的时间选自1h、1.2h、1.5h、2h中的任意值或上述任意两点间的范围值。
13、可选地，所述研磨的转速为300～500转/分，研磨的时间为15～25h。
14、可选地，所述研磨的转速选自300转/分、350转/分、400转/分、450转/分、500转/分中的任意值或上述任意两点间的范围值。
15、可选地，所述研磨的时间选自15h、17h、20h、22h、25h中的任意值或上述任意两点间的范围值。
16、可选地，所述反应的温度为190～210℃，反应的时间为8～12h。
17、可选地，所述反应的温度选自190℃、195℃、200℃、205℃、210℃中的任意值或上述任意两点间的范围值。
18、可选地，所述反应的时间选自8h、9h、10h、11h、12h中的任意值或上述任意两点间的范围值。
19、根据本申请的第三个方面，提供了一种多功能硫化物固态电池，所述多功能硫化物固态电池包括正极、负极和固态电解质；
20、所述固态电解质选自上述所述的多功能硫化物固态电解质、权利要求3至8任一项所述的制备方法制备的多功能硫化物固态电解质中的至少一种；
21、所述正极选自ncm811(lini0.8co0.1mn0.1o2)、ncm622(lini0.6co0.2mn0.2o2)、lco(licoo2)中的一种；
22、所述负极选自li-in合金、li-mg合金、li-sn合金、li中的至少一种。
23、根据本申请的第四个方面，提供了一种上述所述的多功能硫化物固态电池的制备方法，所述制备方法包括：
24、将90～110mg的多功能硫化物固态电解质以400～550mpa压力压制1～3min、正极进行400～550mpa压力压制1～3min与负极组装，得到多功能硫化物固态电池。
25、本申请通过下述技术方案实现：
26、复合硫化物固态电池的制备方法采用以下步骤制备得到。
27、(1)将物质的量之比为1.5～1.65：0.5：0.02～0.1的li2s、p2s5、bii3置于球磨罐中，通过100～300转/分预磨1～2h，300～500转/分的球磨15～25h得到硫化物固态电解质的非晶相混合物，将进行冷压得到素胚，放入石英管中，室温下加热至190～210℃加热8～12h。温度降至室温得到陶瓷相多功能硫化物固态电解质。
28、(2)将质量为90～110mg的固态电解质置于电池模具中，采取400～550mpa压力压制1～3min，正极选取ncm811、ncm622、lco中的一种进行400～550mpa压力压制1～3min。
29、(3)将裁切好的li-in、li-mg、li-sn合金或li金属中的一种或几种混合作为负极置于电池模具底部，采取20～50mpa压力压制1～3min，最后测试其电化学性能。
30、本申请主要通过调节li2s、p2s5、bii3的比例，改善硫银锗矿结构的lpsi(锂磷硫碘化物)离子电导率、空气稳定性以及电化学性能，进而得到一种高离子电导率，高空气稳定性及优异电化学性能的多功能硫化物固态电解质。该电解质通过路易斯酸碱理论可以形成bis45-离子避免与空气中的水反应生成h2s气体，进而提高空气稳定性，通过调整原料配比以及制备条件可以改变电解质颗粒粒径及bi3+对p5+元素部分取代进而提高离子电导率，通过卤素元素i-可以在正负极与电解质接触界面形成以lii为主的均匀且坚固的sei膜，防止锂枝晶的穿刺，进而提高电化学性能。
31、本申请能产生的有益效果包括：
32、1)本申请通过软酸bi3+的异价取代与软碱s2-形成配位，提高了硫化物固态电解质的空气稳定性。
33、2)本申请通过调整制备条件，提高硫碘固态电解质离子电导率。
34、3)本申请增强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物的通式为Li3+2xP1-xBixS4-1.5xI3x，其中0.02≤x≤0.08。
2.根据权利要求1所述的多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物固态电解质的离子电导率为1×10-4～4×10-3S/cm。
3.根据权利要求1所述的多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物固态电解质的空气稳定性为在湿度为40～60％的密闭容器中300min释放0.196～0.273cm3/g的H2S。
4.权利要求1至3任一项所述的多功能硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Li2S：P2S5：BiI3的摩尔比为：1.5～1.65：0.5：0.02～0.1。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述研磨之前先进行预磨，所述预磨的转速为100～300转/分，预磨的时间为1～2h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述研磨的转速为300～500转/分
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为190～210℃，反应的时间为8～12h。
9.一种多功能硫化物固态电池，其特征在于，所述多功能硫化物固态电池包括正极、负极和固态电解质；
10.权利要求9所述的多功能硫化物固态电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物的通式为li3+2xp1-xbixs4-1.5xi3x，其中0.02≤x≤0.08。
2.根据权利要求1所述的多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物固态电解质的离子电导率为1×10-4～4×10-3s/cm。
3.根据权利要求1所述的多功能硫化物固态电解质，其特征在于，所述多功能硫化物固态电解质的空气稳定性为在湿度为40～60％的密闭容器中300min释放0.196～0.273cm3/g的h2s。
4.权利要求1至3任一项所述的多功能硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述li...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，石浩东，靳道宽，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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