【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料领域，尤其是涉及一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在经历了几十年的快速发展后，可充电锂离子电池已经被广泛应用于各类市场。然而，传统锂电池面临着诸如电解液易燃、有限的化学稳定性以及锂枝晶生长等挑战。为了彻底解决体系中存在的一系列问题，并希望能够进一步提高电池的能量密度，使得全固态电池受到越来越多的关注，固态电解质因其固有的安全性和潜在的高能量密度而成为替代传统易燃有机电解液的一种极具潜力的选择。硫化物基固态电解质在室温下具有可与液态电解质相媲美的锂离子电导率，并展现出广阔的应用前景。如公开号为cn112820935a的中国专利公开了固态电解质为以硫化物为导锂核心的固态电解质，包括硫化物和聚合物基体。以及公开号为cn118610556a的中国专利公开了将包括金属硫化物和碳量子点的复合材料作为无机填料应用于聚合物固态电解质中。
2、然而，基于硫化物的固态电解质与锂金属界面接触的不稳定性以及电解质本身较为狭窄的电化学窗口等问题仍然限制了其在储能领域中的大规模的生产应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质及其制备方法和应用，该制备方法能够将氢化物有效包覆在硫化物颗粒表面，并最大程度维持复合固态电解质原有的电化学性能，从而能够大幅减少硫化物在充放电过程中与电极产生不良副反应以及在高电压下易分解等问题，所组装的锂金属对称电池与全固态锂金属电池均展现出
2、本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将两种固态电解质li10gep2s12与libh4进行混合形成初步的复合电解质；
5、(2)将复合电解质在手套箱中以氩气气氛保护，进行机械研磨以形成libh4包覆li10gep2s12的复合固态电解质。
6、本专利技术使用室温离子电导率可媲美液态电解液的硫化物固态电解质(li10gep2s12)作为电解质的主要成分，从而满足电池在固态体系中应用的所需性能；选用对锂金属负极非常稳定、柔软且延展性与分散性优异的氢化物固态电解质(libh4)作为固态电解质的复合组分。
7、本专利技术所述的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质，其设计思路在于：作为一种较为理想的传统固态电解质，硫化物固态电解质在室温下具有非常出色的离子电导率。但硫化物电解质与锂金属负极较差的界面接触、电化学窗口狭窄、在循环过程中容易产生不良的副反应等问题严重制约着其在全固态电池体系中的大规模应用。而氢化物固态电解质虽因较差的离子电导率而无法成为固态体系中电解质的主要成分，但对锂金属负极优异的化学稳定性以及良好的延展性也可以保证电解质与电极间致密且良好的界面接触。所以利用少量氢化物对硫化物进行包覆改性，从而在维持高的离子电导率的同时大幅改善固态电解质的界面问题，实现电解质在全固态电池体系中的生产应用。
8、设计原理在于：硫化物固态电解质虽在室温下具有可媲美液态电解质的离子电导率，但在充放电过程中与锂金属负极的化学稳定性较差，易产生不利于电池寿命的副反应，同时其较为狭窄的电化学窗口与在较高电压下容易分解的缺点也限制了硫化物固态电解质的应用；而氢化物固态电解质对锂金属的化学稳定性非常高，且具有非常高的电化学窗口，使其包覆在硫化物电解质颗粒表面，从而形成更为致密的复合固态电解质，能够显著降低电解质晶粒间以及电解质与电极间的界面电阻，有效改善复合固态电解质的稳定情况与大幅提升全固态电池的循环寿命。
9、在步骤(1)中，所述li10gep2s12与libh4以摩尔比1:2的比例进行复合。
10、在步骤(2)中，所述机械研磨的时间至少为30分钟以上。
11、本专利技术过将li10gep2s12与libh4以摩尔比1:2的比例进行混合，并且在手套箱中氩气气氛的保护下进行30min以上的充分研磨，从而形成氢化物包覆硫化物的复合固态电解质，为一种在维持硫化物固态电解质优异离子电导率的同时，能够大幅提升对锂金属负极稳定性的复合固态电解质。
12、所述固态电解质li10gep2s12的粒径为1～5微米的硫化物电解质。选用粒径为1～5微米的硫化物电解质，可显著降低电解质晶粒与晶粒之间的电阻。
13、本专利技术还提供了一种根据上述制备方法得到的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质。
14、本专利技术还提供了一种上述氢化物包覆硫化物的复合固态电解质在组装锂金属对称电池与全固态锂金属电池的应用。
15、所述固态锂金属电池包括含有氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的三元正极复合材料。
16、所述三元正极复合材料包括ncm811三元正极材料、libh4包覆li10gep2s12的复合固态电解质和导电炭黑。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
18、本专利技术提供了一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质，通过将氢化物与硫化物两种固态电解质进行研磨复合，形成由氢化物包覆在硫化物颗粒表面的复合固态电解质，实现在研磨过程中氢化物有效包覆在硫化物颗粒表面，并最大程度维持复合固态电解质原有的电化学性能，从而能够大幅减少硫化物在充放电过程中与电极产生不良副反应以及在高电压下易分解等问题，制备工艺步骤简单有效，生产效率高；
19、本专利技术通过机械研磨制备的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质，表现出良好的致密性与延展性，实现了与锂金属负极的良好界面接触以及与高电压电极间的化学稳定性，所组装的锂金属对称电池与全固态锂金属电池均展现出较为优异的电化学性能与循环寿命。
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1.一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述Li10GeP2S12与LiBH4以摩尔比1:2的比例进行复合。
3.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述机械研磨的时间至少为30分钟以上。
4.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固态电解质Li10GeP2S12的粒径为1～5微米的硫化物电解质。
5.根据权利要求1-4任一所述的制备方法得到的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质。
6.一种根据权利要求5所述的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质在组装锂金属对称电池与全固态锂金属电池的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述固态锂金属电池包括含有氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的三元正极复合材料。
<...【技术特征摘要】
1.一种基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述li10gep2s12与libh4以摩尔比1:2的比例进行复合。
3.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述机械研磨的时间至少为30分钟以上。
4.根据权利要求1所述的基于机械研磨的氢化物包覆硫化物的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固态电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢宇声，洪子健，黄玉辉，吴勇军，
申请(专利权)人：浙江大学台州研究院，
类型：发明
国别省市：
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