一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法技术

本发明专利技术提出一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法，所述硫化物固态电解质是将Li

A solid sulfide electrolyte with interfacial compatibility for lithium battery anode and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法
本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池在电子产品领域、储能电池、车用动力电池等领域占据着举足轻重的位置。锂离子电池凭借其能量高，放电能力强，无记忆效应，储能效率高具有广泛的应用前景，也越来越受到人们的关注。目前大多使用液态电解质锂电池，含有液态有机溶剂的锂离子电池，存在着火、爆炸等安全隐患；由于液体电解质与电极材料、封装材料缓慢地相互作用和反应，长期服役时溶剂容易挥发、泄露，电极材料容易被腐蚀，影响电池寿命。为了彻底解决液态电解质锂离子的这些问题，采用固态电解质代替液态电解质。无机固态电解质具有高离子电导率、宽电化学窗口、稳定的界面等优势。大多数晶态固体电解质材料室温电导率较低，另外从生产加工的角度看，晶态材料制膜成本和难度也较高，而玻璃态固态电解质具有不规则的连续网络结构，对于离子半径较小的锂离子而言是较佳的传导通道。硫化物固态电解质中，Li2S-SiS2基固态电解质的离子电导率较高，其玻璃转变温度高、晶体转化温度低、电化学性质稳定等优点，近年来对其研究较多。目前主要的制备是按Li2S、SiS2的摩尔比为3:2，球磨完成后，在氩气保护下950℃热处理1h得到0.6Li2S-0.4SiS2电解质，电导率能达到1.8×10-3S/cm，活化能为0.28eV。但是，Li2S-SiS2基固态电解质的制备要求高，且与目前锂离子电池中广泛使用的石墨负极相容性很差，在负极还原过程中将发生还原反应，取代Li+在石墨层间的嵌入，是Li2S-SiS2基固态电解质当前阶段制备以及应用面临的主要问题。中国专利技术专利申请号201511001843.4公开了一种全固态无机固体锂离子电解质的制备；包括以下步骤：混合，第一次烧结：称量并将Li2S、SiS2和Li4SiO4混合后进行第一次烧结，得第一烧结混合物；粉碎、压制，第二次烧结：将所述第一烧结混合物自然冷却后粉碎，过筛得第一粉末，使用聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯粉末与所述第一粉末混合，然后压制圆形薄片，接着进行第二次烧结2-4h，得圆片基材；溅射：在圆片基材的一面上溅射得到LiPON层，从而得到双层结构的固体电解质。中国专利技术专利申请号200610116813.2公开了一种可用于二次锂电池的锂镧硅硫固体电解质材料及其制备方法。其特征在于所述的锂镧硅硫固体电解质化学组成为Li2S、La2S3和SiS2三种不同硫化物以6:0.5:3的摩尔比复合，形成非晶态体系，为锂离子传输提供空间，从而获得较高的离子电导率和较低的电子电导率。为了在保证锂电池Li2S-SiS2基固态电解质的高离子电导率的同时，改善电解质与石墨负极材料的相容性，有必要提出一种新型Li2S-SiS2基固态电解质，进而提高硫化物固态电解质的电化学稳定性。
技术实现思路
针对目前Li2S-SiS2基固态电解质的制备工艺复杂，并且与目前锂离子电池中广泛使用的石墨负极相容性差，存在电化学稳定性不理想等缺陷，本专利技术提出一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法，从而有效改善了Li2S-SiS2基固态电解质与石墨负极材料相容性。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术还提供了一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，所述硫化物固态电解质是将Li2S、SiS2、LiI混合球磨得到的粉末先后通过A通道恒温恒压处理、超声雾化成颗粒、直流磁控溅射非晶态硅酸锂层，最后骤冷而制得，具体制备方法如下：（1）将Li2S、SiS2作为原料，先进行低温烘干，然后加入适量的LiI，得到混合原料；（2）将混合原料置于球磨机，混合均匀，得到混合物料粉末；（3）将混合物料粉末先通过在恒压恒温的A通道进行保温处理，并在A通道末尾连接一个超声雾化器，利用高速气流冲击形成雾化颗粒，随后将雾化颗粒通过通道B，采用直流磁控溅射非晶态硅酸锂层，再进行骤冷，收集产物，即得具有非晶态硅酸锂包覆的Li2S-SiS2-LiI硫化物固态电解质材料。优选的，步骤（1）中所述低温烘干的温度为60-80℃，烘干4-6h。优选的，步骤（1）中所述混合原料中，Li2S、SiS2、LiI的摩尔比例为1:0.6-0.8:0.5-0.9。优选的，步骤（2）中所述球磨机可为棒式球磨机、管式球磨机中的一种，球磨转速为100-200rpm，球磨50-80min。优选的，步骤（3）中所述A通道内干燥，温度恒定为800-850℃，气压恒定为1-2MPa。优选的，步骤（3）中所述混合物料粉末在A通道的速率0.1-0.2m/min。优选的，步骤（3）中所述高速气流冲击的频率为90-110kHz，速度为2-2.5马赫，雾化颗粒的粒径为10-15μm。优选的，步骤（3）中所述直流磁控溅射的溅射电流密度为0.5-1mA/cm2，溅射气压为8-15Pa，功率为80-120W，形成的非晶态硅酸锂层的厚度为5-10nm。优选的，步骤（3）中所述骤冷处理的温度-15～-5℃，处理50-60min。本专利技术还提供一种上述制备方法制备得到的一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质。现有的Li2S-SiS2基固态电解质的制备复杂，且与目前锂离子电池中广泛使用的石墨负极相容性很差等缺陷，限制了其应用。鉴于此，本专利技术提出一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法，采用Li2S、SiS2起始原料，加入适量的LiI，再通过机械球磨混合均匀；通过通道A恒压恒温保温，通过超声雾化器受到100KHz的频率的高速气流冲击，得到雾化颗粒，随后进入通道B采用直流磁控溅射一层非晶态硅酸锂，经骤冷制备出一种电极相容性好、离子电导率较高、电化学性质稳定的硫化物固态电解质。本专利技术提供的Li2S-SiS2-LiI基固态电解质，离子电导率高，并且可与电极界面良好接触，避免了Li2S-SiS2与石墨负极直接接触的相容性差的问题，电化学稳定性高，同时制备工艺简单，并且本制备工艺具有节约能源的作用。LiI的掺杂有助于提升电导率，但稳定性较差，通过包覆非晶态硅酸锂，使稳定性得到了改善。本专利技术提出一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术的Li2S-SiS2基固态电解质主要由离子化合物Li2S和玻璃态SiS2构成，其中SiS2玻璃大分子是由［SiS4］四面体组成的网络结构，可产生较多的可供锂离子迁移的间隙数，Li2S是离子化合物，为Li2S-SiS2基固态电解质提供大量的锂离子，获得的固态电解质电导率高。2、本专利技术在Li2S-SiS2-LiI基固态电解质的表面包覆一层玻璃态的硅酸锂，在保证了固态电解质较大的离子电导率，使固态电解质与电极界面良好接触，又避免了Li2S-SiS2与石墨负极直接接触的相容性差的问题。3、本专利技术制备方法，在干燥恒压恒温条件下保温得到的Li2S-SiS2-LiI基固态电解质，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：/n（1）将Li

【技术特征摘要】
1.一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
（1）将Li2S、SiS2作为原料，先进行低温烘干，然后加入适量的LiI，得到混合原料；
（2）将混合原料置于球磨机，混合均匀，得到混合物料粉末；
（3）将混合物料粉末先通过在恒压恒温的A通道进行保温处理，并在A通道末尾连接一个超声雾化器，利用高速气流冲击形成雾化颗粒，随后将雾化颗粒通过通道B，采用直流磁控溅射非晶态硅酸锂层，再进行骤冷，收集产物，即得具有非晶态硅酸锂包覆的Li2S-SiS2-LiI硫化物固态电解质材料。


2.根据权利要求1所述的一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述低温烘干的温度为60-80℃，烘干4-6h。


3.根据权利要求1所述的一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，Li2S、SiS2、LiI的摩尔比例为1:0.6-0.8:0.5-0.9。


4.根据权利要求1所述的一种锂电池负极界面相容性硫化物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述球磨机为棒式球磨机、管式球磨机中的一种，球磨转速为100-200rpm，球磨50-80min。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，李国松，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51