锂离子导电硫化物类固体电解质及使用其的全固态电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子导电硫化物类固体电解质及使用其的全固态电池。公开了包含硫化镍的锂离子导电硫化物类固体电解质，并且因此，固体电解质可以获得新型结构和性能。更具体地，硫化物类固体电解质包含按mol％计的特定比率的硫化锂(Li

Lithium ion conductive sulfide solid electrolyte and solid state battery using the same

The present invention relates to a lithium ion conductive sulfide solid electrolyte and a solid state battery using the same. A solid electrolyte of lithium ion conducting sulfide containing nickel sulfide is disclosed, and therefore, a novel structure and performance of a solid electrolyte can be obtained. More specifically, the sulfide solid electrolyte contains a specific rate of lithium sulfide at mol% (Li)

【技术实现步骤摘要】
锂离子导电硫化物类固体电解质及使用其的全固态电池
本专利技术涉及可以包含硫化镍的锂离子导电硫化物类固体电解质，以及因此提供了新型结构和性能的全固态电池。
技术介绍
二次电池已经广泛地用于小型装置，如移动式电话、可携式摄像机、和笔记本，以及大型装置，如车辆和储能系统。因此，由于可以将二次电池应用于各种区域，因此已经增强了对于电池的安全性和高性能的要求。与镍-锰电池或镍-镉电池相比，锂二次电池，一种类型的二次电池，具有如每单位面积高能量密度和容量的优点。然而，在常规的锂二次电池中，最通常使用液体电解质如有机溶剂。因此，与安全性相关的问题，如由于泄漏电解质的着火风险，可能持续地升高。最近，为了增强安全性，已经越来越关注使用无机固体电解质代替有机液体电解质作为电解质的全固态电池。例如，固体电解质具有不燃性或阻燃性，从而，可以比液体电解质更安全。固体电解质可以包含氧化物类固体电解质以及硫化物类固体电解质。与氧化物类固体电解质相比，硫化物类固体电解质具有高的锂离子导电性。此外，由于优异的延展性，硫化物类固体电解质具有高加工柔性，从而被各种各样地使用。例如，已经将化合物如Li3PS4和Li7P3S11主要地用作硫化物类固体电解质。然而，与液体电解质相比，这些化合物可能具有更小的锂离子导电性。在相关技术中，美国专利号2014-0193693已经公开了可以将元素如铝(Al)、硅(Si)、铁(Fe)、镍(Ni)和锆(Zr)添加至硫化物类固体电解质如硫代-LISICON，以便增加锂离子导电性。然而，在硫化物类固体电解质中，可能限制表现出高锂离子导电性的硫(S)、锂(Li)和磷(P)的组成比的范围。此外，当添加元素时，锂离子导电性可以增加，然而，在元素硫(S)、锂(Li)和磷(P)之中，还没有表明数量相互关系等。在本专利技术的背景部分中公开的以上信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，并且因此它可以包含不构成在该国家中对本领域普通技术人员来说已知的现有技术的信息。
技术实现思路
在优选的方面中，与常规的电解质相比，本专利技术可以开发表现出更大的锂离子导电性的硫化物类固体电解质。此外，本专利技术提供了具有不同于常规的硫化物类固体电解质的晶体结构的硫化物类固体电解质。进一步地，本专利技术可以提供具有高晶体稳定性的硫化物类固体电解质。还提供了在宽范围的组成比中表现出1mS/cm或更大的高锂离子导电率的硫化物类固体电解质。本专利技术的范围不可能限于上述内容。通过以下描述将阐明本专利技术并且通过在所附权利要求和其组合中公开的方式实现本专利技术。为了实现本专利技术的目标，包括以下实施方式。在本专利技术的一方面，提供了可以包含按mol％计Y:(1-X)(100-Y):X(100-Y)的比率的硫化锂(Li2S)、五硫化二磷(P2S5)和硫化镍(Ni3S2)的锂离子导电硫化物类固体电解质。在一个优选的实施方式中，X可以是约0.2至0.5，并且Y可以是约60至80mol％。在一个优选的实施方式中，X可以是约0.4并且Y可以是约70mol％。在一个优选的实施方式中，X可以是约0.5并且Y可以是约60mol％。固体电解质可以合适地表现出通过X射线衍射分析的约26±0.5°衍射角(2θ)的衍射峰。在示例性的固体电解质中，镍(Ni)与硫(S)的摩尔比(Ni/S)可以合适地是约0.1至0.35，并且锂(Li)与硫(S)的摩尔比(Li/S)可以是约0.6至0.95。在一个优选的实施方式中，镍(Ni)与硫(S)的摩尔比(Ni/S)可以合适地是约0.1至0.3，并且锂(Li)与硫(S)的摩尔比(Li/S)可以是约0.6至0.9。在示例性的固体电解质中，磷(P)与硫(S)的摩尔比(P/S)可以合适地是约0.13至0.25，并且锂(Li)与磷(P)的摩尔比(Li/P)可以合适地是约2.5至5.5。在一个优选的实施方式中，磷(P)与硫(S)的摩尔比(P/S)可以合适地是0.15至0.20，并且锂(Li)与磷(P)的摩尔比(Li/P)可以合适地是2.5至5.0。在示例性的固体电解质中，锂(Li)与镍(Ni)的摩尔比(Li/Ni)可以合适地是约3至6，并且磷(P)与镍(Ni)的摩尔比(P/Ni)可以合适地是约0.75至1.5。在一个优选的实施方式中，锂(Li)与镍(Ni)的摩尔比(Li/Ni)可以是约4至5.5，并且磷(P)与镍(Ni)的摩尔比(P/Ni)可以是约0.8至1.3。在示例性的固体电解质中，锂(Li)与镍(Ni)的摩尔比(Li/Ni)可以合适地是约4至13，并且磷(P)与镍(Ni)的摩尔比(P/Ni)可以合适地是约1.3至2.6。在一个优选的实施方式中，锂(Li)与镍(Ni)的摩尔比(Li/Ni)可以是约4.5至12，并且磷(P)与镍(Ni)的摩尔比(P/Ni)可以是约1.5至2.5。在本专利技术的另一方面，提供了制备固体电解质的方法。该方法可以包括：制备包含按mol％计Y:(1-X)(100-Y):X(100-Y)的比率的硫化锂(Li2S)、五硫化二磷(P2S5)和硫化镍(Ni3S2)的混合物，磨碎混合物，以及热处理磨碎的混合物。在一个优选的实施方式中，X可以是约0.2至0.5，并且Y可以是约60至80mol％。在一个优选的实施方式中，可以在约200至1200℃的温度下将混合物热处理约1至3小时。进一步提供了可以包含如本文中描述的固体电解质的全固态电池。还提供了包括可以包含如本文中描述的固体电解质的全固态电池的车辆。以下讨论了本专利技术的其他方面。附图说明参考下文中仅通过说明的方式给出的附图中示出的本专利技术的某些示例性实施方式，现在将详细描述本专利技术的上述及其他特征，并且因此并不限制本专利技术，并且在附图中：图1示出了根据本专利技术的示例性实施方式的示例性锂离子导电硫化物类固体电解质的示例性晶体结构；图2示出了根据本专利技术的实施例1至12的示例性固体电解质的锂离子导电率；图3示出了根据本专利技术的实施例8的示例性硫化物类固体电解质的锂离子导电率以及Li3PS4和Li7P3S11的锂离子导电率的比较结果；图4示出了根据本专利技术的实施例7至9的示例性硫化物类固体电解质的X射线衍射分析结果；图5示出了根据本专利技术的实验性实施例3的示例性硫化物类固体电解质的组成元素(Li、Ni和S)的摩尔比与锂离子导电率之间的相互关系的等值线图；图6示出了根据本专利技术的实验性实施例3的示例性硫化物类固体电解质的组成元素(Li、P和S)的摩尔比与锂离子导电率之间的相互关系的等值线图；图7示出了根据本专利技术的实验性实施例3的示例性硫化物类固体电解质的组成元素(Li、Ni和P)的摩尔比与锂离子导电率之间的相互关系的等值线图；以及图8示出了在制备根据本专利技术的示例性实施方式的示例性硫化物类固体电解质之后由于热处理导致锂离子导电率变化的测量结果。具体实施方式本文所使用的术语仅是用于描述具体的示例性实施方式的目的，而非旨在限制本专利技术。如本文中所用的，单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，指定规定的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如本文中使用的，术语“和/或”包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体电解质，包含按mol％计Y:(1‑X)(100‑Y):X(100‑Y)的比率的硫化锂Li

【技术特征摘要】
2015.12.14 KR 10-2015-01786301.一种固体电解质，包含按mol％计Y:(1-X)(100-Y):X(100-Y)的比率的硫化锂Li2S、五硫化二磷P2S5和硫化镍Ni3S2，其中，X是0.2至0.5，并且Y是60至80mol％。2.根据权利要求1所述的固体电解质，其中，X是0.4并且Y是70mol％。3.根据权利要求1所述的固体电解质，其中，X是0.5并且Y是60mol％。4.根据权利要求2所述的固体电解质，其中，在X射线衍射光谱的26±0.5的衍射角2θ下表现出衍射峰。5.根据权利要求1所述的固体电解质，其中，所述固体电解质由以下式1表示：[式1](Li2S)a·(P2S5)b·(Ni3S2)c其中a是6至8；b是1至3.2；c是0.4至2；并且其中，以上a、b、以及c满足等式：a+b+c＝10。6.根据权利要求1所述的固体电解质，其中，镍Ni与硫S的摩尔比Ni/S是0.1至0.3，并且锂Li与硫S的摩尔比Li/S是...

【专利技术属性】
技术研发人员：张容准，成柱咏，李庸诚，李豪泽，金炯哲，李钟镐，郑熏基，赵秀英，李尹圣，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR