一种全固态电解质材料、其制备方法及全固态锂二次电池技术

技术编号:19484548 阅读:24 留言:0更新日期:2018-11-17 11:08
本发明专利技术提供一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100‑x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,所述J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<95,0≤y2<95,0≤y3<95,0≤y4<95,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。本发明专利技术还提供了一种全固态电解质材料的制备方法及全固态锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电解质材料、其制备方法及全固态锂二次电池
本专利技术属于锂离子电池
,尤其涉及一种全固态电解质材料、其制备方法及全固态锂二次电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、输出电压高、使用寿命长、对环境友好等优点,已在消费电子、电动工具、医疗电子等可充放电电池领域获得了广泛应用,未来在各种大规模储能中具有广阔的发展前景。但由于传统的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,使得锂离子电池的应用受到限制。而全固态锂二次电池采用全固态电解质代替有机电解液,使电池在保证安全性的同时提高电池的能量密度,更符合目前车用动力电池发展的方向。作为全固态锂二次电池的核心组成之一,固体电解质材料是实现全固态锂二次电池高性能化的关键。目前研究最多的无机固体电解质包括硫化物固体电解质和氧化物固体电解质。氧化物固体电解质虽然化学稳定性及离子电导率高,但其与电极之间的界面阻抗大。硫化物电解质与氧化物电解质相比,由于S2-的半径比O2-大,且极化作用强,用硫替换氧化物晶态电解质中的氧,一方面可以起到增大晶胞体积、扩大Li+传输通道尺寸的作用;另一方面,弱化了骨架对Li+的吸引和束缚,增大可移动载流子Li+的浓度。因此,与氧化物电解质相比,硫化物固体电解质表现出更高的离子电导率。通过掺杂可以提高电解质的电导率,但现有的掺杂后的硫化物电解质的电导率相对较低。因此,亟需提供一种高电导,高稳定性的全固态电解质材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全固态电解质材料、其制备方法及全固态锂二次电池,本专利技术中的全固态电解质材料离子电导率高、电化学稳定性好。本专利技术提供一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100-x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<100,0≤y2<100,0≤y3<100,0≤y4<100,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。优选的,0.2≤x≤20。优选的,所述锂盐为Li3PO4、Li3BO3、Li4SiO4、Li4Ti5O12、Li3VO4、Li2SO4、Li3AlO3、Li3GaO3、Li3InO3、Li4GeO4、Li3TaO4和Li4TeO4中的一种或多种。优选的,所述氧化物为P2O5、B2O3、SiO2、TiO2、V2O5、Al2O3、Ga2O3、In2O3、GeO2、TaO2、ZnO、MnO、MnO2和TeO2中的一种或多种。优选的,所述硫化物为SiS2、SnS2、SiS、SnS、TiS2、FeS、FeS2、MoS2、B2S3、Al2S3、MnS、ZnS、NiS、Ni2S3、NiS2和MnS2中的一种或多种。优选的,所述卤化物为LiCl、LiF、LiBQ和LiI中的一种或多种。本专利技术提供一种全固态电解质材料的制备方法,包括以下步骤:A)将Li2S、第一硫化物、第二硫化物和掺杂物混合研磨,得到初料;B)在惰性气氛下,将步骤A)所得初料进行热处理,得到如式1所示的全固态电解质材料;(100-x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,所述J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x<100;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<100,0≤y2<100,0≤y3<100,0≤y4<100,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。优选的,所述研磨为手磨、高能球磨和辊磨中的一种或多种;所述研磨的时间为0.5~72小时。优选的,所述热处理的温度为350~1000℃;所述热处理的时间为0.5~24小时。本专利技术提供一种全固态锂二次电池,包括正极、负极和电解质;所述电解质为上文所述的全固态电解质材料。本专利技术提供一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100-x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,所述J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<95,0≤y2<95,0≤y3<95,0≤y4<95,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。本专利技术提供的全固态锂二次电池电解质材料包含多种掺杂物,通过不同掺杂物之间的协同效应,在电解质体系中引入空位或间隙离子,拓宽锂离子传输通道,增加可传输锂离子浓度,弱化骨架对Li+的吸引和束缚,使全固态电解质的锂离子电导率进一步提高,改善电化学性能。结果表明,本专利技术提供的全固态锂二次电池电解质材料的锂离子电导率在室温下电导率为5×10-3Scm-1~1.5×10-2Scm-1,电化学窗口高达10V,且本专利技术提供的制备方法操作简单,制备周期短,利用工业化生产。具体实施方式本专利技术提供了一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100-x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,所述J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<95,0≤y2<95,0≤y3<95,0≤y4<95,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。在本专利技术中,0<x<100,优选的,0<x≤50,更优选为,0.2≤x≤20,具体的,在本专利技术的实施例中,x为5、10、15或20。在本专利技术中,J、D、E和Q均为掺杂物,所述掺杂物可以是2种、3种或4种;即,y1、y2、y3和y4中,可以是2个为0、1个为0或全都不为0.J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;所述锂盐优选为Li3PO4、Li3BO3、Li4SiO4、Li4Ti5O12、Li3VO4、Li2SO4、Li3AlO3、Li3GaO3、Li3InO3、Li4GeO4、Li3TaO4和Li4TeO4中的一种或多种,更优选为Li3PO4、Li3BO3或Li3AlO3;所述氧化物优选为P2O5、B2O3、SiO2、TiO2、V2O5、Al2O3、Ga2O3、In2O3、GeO2、TaO2、ZnO、MnO、MnO2和TeO2中的一种或多种,更优选为P2O5、B2O3或Al2O3;所述硫化物优选为SiS2、SnS2、SiS、SnS、TiS2、FeS、FeS2、MoS2、B2S3、Al2S3、MnS、ZnS、NiS、Ni2S3、NiS2和MnS2中的一种或多种,更优选为MoS2,ZnS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100‑x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)   式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<95,0≤y2<95,0≤y3<95,0≤y4<95,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。

【技术特征摘要】
1.一种全固态电解质材料,具有以下化学式:(100-x)(5Li2S·A·M)·x(y1J·y2D·y3E·y4Q)式1;其中,A为第一硫化物,所述第一硫化物为GeS和/或GeS2;M为第二硫化物,所述第二硫化物为P2S5和/或P2S3;J、D、E和Q均为掺杂物,J、D、E和Q分别独立的选自锂盐、氧化物,硫化物或卤化物;0<x≤50;y1+y2+y3+y4=100,0≤y1<95,0≤y2<95,0≤y3<95,0≤y4<95,且y1、y2、y3和y4中,至少两个不同时为0。2.根据权利要求1所述的全固态电解质材料,其特征在于,0.2≤x≤20。3.根据权利要求1所述的全固态电解质材料,其特征在于,所述锂盐为Li3PO4、Li3BO3、Li4SiO4、Li4Ti5O12、Li3VO4、Li2SO4、Li3AlO3、Li3GaO3、Li3InO3、Li4GeO4、Li3TaO4和Li4TeO4中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的全固态电解质材料,其特征在于,所述氧化物为P2O5、B2O3、SiO2、TiO2、V2O5、Al2O3、Ga2O3、In2O3、GeO2、TaO2、ZnO、MnO、MnO2和TeO2中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的全固态电解质材料,其特征在于,所述硫化物为SiS2、SnS2、SiS、SnS、TiS2、FeS、FeS2、MoS2、B2S3、Al2S3、MnS、ZnS、Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员:姚霞银万红利
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
类型:发明
国别省市:浙江,33

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