用于制备用于全固态电池的电极的方法技术

一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的电极的烧结组分的方法(100)，该方法包括：混合粉末(102)，以获得包含钛和硫的粉末混合物；压制(106)含有粉末混合物的组分；在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对组分进行烧结(108)，以获得包含钛和硫的中间烧结组分；以及在等于或小于150Pa的硫分压下，在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对中间烧结组分进行烧结(114)，以获得包含钛和硫的烧结组分；在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，固体电解质在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。

Method for preparing electrodes for all solid state batteries

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备用于全固态电池的电极的方法
本公开内容涉及全固态电池，并且更具体地涉及包括包含硫的固体电解质和/或电极的固态电池。
技术介绍
全固态电池提供了拥有具有高能量密度的电池组的可能性。研究了用于全固态电池的固体电解质和/或电极的不同材料。特别感兴趣的是包含钛和硫并且在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中在以下位置处表现出峰值的材料：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。这些材料通常表现出良好的锂离子电导率但是表现出低的电子电导率。然而，对于作为固体电解质和/或电极的应用仍然需要增加这种材料的电子电导率。
技术实现思路
因此，根据本公开内容的实施方式，提供了一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的固体电解质和/或电极的烧结组分的方法。该方法包括：-混合粉末，以获得包含钛和硫的粉末混合物；-压制含有粉末混合物的组分；以及-在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对组分进行烧结，以获得包含钛和硫的中间烧结组分；-在等于或小于150Pa的硫分压下，在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对中间烧结组分进行烧结，以获得包含钛和硫的烧结组分；其中，在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，烧结组分在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。根据本公开内容的实施方式，提供了一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的固体电解质和/或电极的烧结组分的方法。该方法包括：-混合粉末，以获得包含钛和硫的粉末混合物；-压制含有粉末混合物的组分；以及-在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对组分进行烧结(108)，以获得包括钛和硫的中间烧结组分；-在温度梯度下对中间烧结组分进行烧结，以获得烧结组分，所述中间烧结组分的最高温度包括在200℃与400℃之间；其中，在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，烧结组分在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中在以下位置处表现出峰值的烧结组分，即固体电解质和/或电极，通常表现出良好的锂离子电导率但是表现出低的电子电导率：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。通过提供这样的方法，由于在包括在200Pa(帕斯卡)与0.2MPa之间的硫分压下对组分进行烧结，因此可以获得如下中间烧结组分：其中硫的蒸发在烧结期间受到限制并且其中中间烧结组分的堆积密度增加。实际上，硫的蒸发在烧结期间受到限制，并且中间烧结组分的堆积密度增加。因此，降低了中间烧结组分的孔隙度。由于在等于或小于150Pa的硫分压下在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对中间烧结组分进行烧结，或者替选地，由于在温度梯度下对中间烧结组分进行烧结，中间烧结组分的最高温度包括在200℃与400℃之间，因此获得了通过固体电解质和/或电极的电子电导率的增加。通过在等于或小于150Pa的硫分压下在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对中间烧结组分进行烧结，或者通过在温度梯度下对中间烧结组分进行烧结，中间烧结组分的最高温度包括在200℃与400℃之间，因此存在于中间烧结组分中的一部分硫蒸发，并且因此一部分钛从Ti4+还原至Ti3+或更低，即Ti2+或甚至Ti+。由于钛的还原，因此增加了烧结组分的电子电导率。在一些实施方式中，等于或小于150Pa的硫分压是通过使用惰性气体或氮气冲洗中间烧结组分获得的。在一些实施方式中，等于或小于150Pa的硫分压是通过连续抽空存在于包含中间烧结组分的密闭容器中的气体获得的。在一些实施方式中，在烧结期间在温度梯度下将中间烧结组分密封在密闭容器中。在一些实施方式中，烧结组分包含XTi2(PS4)3，X为锂(Li)、钠(Na)或银(Ag)。在一些实施方式中，该方法包括使粉末混合物非晶化以获得非晶态的粉末混合物的步骤。在一些实施方式中，在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下进行烧结包括等于或小于500℃，优选地等于或小于400℃的烧结平台温度。粉末混合物是非晶态的，粉末混合物更具反应性，并且可以在等于或小于500℃的温度下获得粉末混合物的烧结。在一些实施方式中，在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下进行烧结包括等于或小于20小时，优选地等于或小于10小时的烧结平台时间。粉末混合物是非晶态的，粉末混合物更具反应性，并且可以利用等于或小于20小时，优选地等于或小于10小时的烧结平台时间来获得粉末混合物的烧结。在一些实施方式中，包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压是通过蒸发固体硫获得的。在一些实施方式中，在等于或小于100Pa，优选地等于或小于50Pa的压力下在氩气下将组分放置在容器中并且密封。在一些实施方式中，包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压是从含硫气体获得的。含硫气体可以是诸如硫化氢、硫化碳或硫化磷的气体。在一些实施方式中，在等于或大于25MPa，优选地等于或大于50MPa，更优选地等于或大于75MPa，并且等于或小于500MPa，优选地等于或小于400MPa，更优选地等于或小于300MPa的压力下压制组分。在一些实施方式中，在两个烧结步骤之间，研磨和压制中间烧结组分。在一些实施方式中，在等于或大于25MPa，优选地等于或大于50MPa，更优选地等于或大于75MPa，并且等于或小于500MPa，优选地等于或小于400MPa，更优选地等于或小于300MPa的压力下压制所研磨和压制的中间烧结组分。除非其中另有矛盾，否则旨在将上面描述的元素和说明书内的元素进行组合。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述两者都仅是示例性和说明性的，并且不限制要求保护的本公开内容。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的固体电解质和/或电极的烧结组分的方法(100)，所述方法包括：/n-混合粉末(102)，以获得包含钛和硫的粉末混合物；/n-压制(106)含有所述粉末混合物的组分；以及/n-在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对所述组分进行烧结(108)，以获得包含钛和硫的中间烧结组分；/n-在等于或小于150Pa的硫分压下，在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对所述中间烧结组分进行烧结(114)，以获得包含钛和硫的烧结组分；/n其中，在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，所述烧结组分在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的固体电解质和/或电极的烧结组分的方法(100)，所述方法包括：
-混合粉末(102)，以获得包含钛和硫的粉末混合物；
-压制(106)含有所述粉末混合物的组分；以及
-在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对所述组分进行烧结(108)，以获得包含钛和硫的中间烧结组分；
-在等于或小于150Pa的硫分压下，在包括在200℃与400℃之间的温度平台下对所述中间烧结组分进行烧结(114)，以获得包含钛和硫的烧结组分；
其中，在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，所述烧结组分在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。


2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，等于或小于150Pa的硫分压是通过使用惰性气体或氮气冲洗所述中间烧结组分获得的。


3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中，等于或小于150Pa的硫分压是通过连续抽空存在于包含所述中间烧结组分的密闭容器中的气体获得的。


4.一种用于制备作为用于全固态电池的包含钛和硫的固体电解质和/或电极的烧结组分的方法(100)，所述方法包括：
-混合粉末(102)，以获得包含钛和硫的粉末混合物；
-压制(106)含有所述粉末混合物的组分；以及
-在包括在200Pa与0.2MPa之间的硫分压下对所述组分进行烧结(108)，以获得包含钛和硫的中间烧结组分；
-在温度梯度下对所述中间烧结组分进行烧结(114)，以获得烧结组分，所述中间烧结组分的最高温度包括在200℃与400℃之间；
其中，在使用CuKα线进行的X射线衍射测量中，所述烧结组分在以下位置处表现出峰值：2θ＝15.08°(±0.50°)、15.28°(±0.50°)、15.92°(±0.50°)、17.5°(±0.50°)、18.24°(±0.50°)、20.30°(±0.50°)、23.44°(±0.50°)、24.48°(±0.50°)以及26.66°(±0.50°)。

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【专利技术属性】
技术研发人员：加藤祐树，
申请(专利权)人：丰田自动车欧洲公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE