一种基于硫化物固态电解质的新型电池制造技术

本发明专利技术涉及一种基于硫化物固态电解质的新型电池，包括：所述新型电池由负极到正极依次包括：非固态负极、固态界面保护层、固态电解质、固态界面保护层和非固态正极；所述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；所述聚合物基体占所述固态电解质的质量百分比为0％～50％。态电解质的质量百分比为0％～50％。态电解质的质量百分比为0％～50％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫化物固态电解质的新型电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其涉及一种基于硫化物固态电解质的新型电池。

技术介绍

[0002]传统的商业化锂二次电池多使用液态电解质。然而，其在能量密度方面面临着350Wh/kg的上限“瓶颈”，并且存在高温热失控等安全隐患。但是，与易燃的有机液态电解质相比，固态电解质具有热稳定性高、不易燃、无泄漏和不挥发等特点，有利于提高电池的安全性和稳定性。同时，固态电解质的使用使得金属锂负极的应用成为可能，从而提高电池能量密度，故研究固态电解质成为了当下及未来的一个热点方向。
[0003]固态电解质体系主要包含聚合物、氧化物和硫化物三类，其中硫化物固态电解质具有最高的离子电导率、较好的机械延展性等优点，是发展全固态锂电池中非常有希望的技术路线之一。日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)在2018年对未来储能技术进行了预判，其认为在2025年硫化物全固态电池将占据动力电池市场50％的份额，并在2030年达到90％以上。
[0004]然而，最近的研究表明，固态电解质的高机械强度不能完全有效地抑制锂枝晶，当使用金属锂负极时，锂枝晶仍然会在硫化物电解质中产生，使得全固态电池面临界面阻抗大、循环寿命短和临界电流密度小等问题。此外，硫化物电解质与固体正负极之间的固固接触会持续变差，界面稳定性会持续劣化，进一步阻碍全固态电池的实际应用。为了解决这些问题，研究人员通过优化硫化物固态电解质组分以及在界面处形成人造电解质层等方式来改善固固接触并抑制锂枝晶在电解质中的扩散。r/>[0005]比如，专利申请CN111435755A硫化物固态电池及其制备方法中提出了在锂负极与硫化物电解质之间构筑添加1％
‑
3％硫化物电解质的聚合物保护层，一定程度上延长了电池循环寿命，但是其对称电池极化电压增长较快，界面阻抗迅速增大，因为其使用的是传统固态正负极，固固界面不稳定问题未能得到根本解决。
[0006]又如，专利申请CN112018458A硫化物
‑
聚合物复合固态电解质及其制备方法和应用提出了水溶液溶剂体系下硫化物固态电解质与聚合物固态电解质复合的方法，但是其硫化物电解质在极性有机液体中具有不稳定性，限制了其性能和应用。
[0007]再如，专利申请CN105098140B液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用途提出了多种应用液体正负极的电池设计方案，包括圆柱电池、双液流电池、单液流电池、平板电池等，但这些电池构造大多较为复杂，且其使用的电解质为Na
‑
β
‑
Al2O3陶瓷，为了适配其圆柱电池，需要利用复杂的工艺将电解质制备为管状，工艺复杂不易实现。
[0008]综上，基于目前的电池结构体系，硫化物电解质和固体正负极之间的界面不稳定性始终存在，很难从根本上解决这一问题。因此以硫化物电解质为核心导锂层的电池体系正面临着巨大挑战，亟待找到一种技术手段以突破现有液态锂电池和固态锂电池的固有局限。

技术实现思路

[0009]本专利技术实施例提供了一种基于硫化物固态电解质的新型电池，提出一种新型电池构造，能够解决解决传统电池体系中硫化物电解质与固态正负极之间接触性不好、界面不稳定问题，同时还可降低界面阻抗，提升电池的循环寿命。
[0010]为此，本专利技术实施例提供了一种基于硫化物固态电解质的新型电池，
[0011]所述新型电池由负极到正极依次包括：非固态负极、固态界面保护层、固态电解质、固态界面保护层和非固态正极；
[0012]所述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；所述聚合物基体占所述固态电解质的质量百分比为0％～50％。
[0013]优选的，所述固态电解质形状呈膜状或者片状，所述固态电解质的室温离子电导率大于0.5mS/cm；
[0014]所述硫化物包括：Li3PS4、Li
10
GeP2S
12
、Li7P3S
11
、Li6PS5Cl、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、Li4SnS4、Li
3.85
Sn
0.85
Sb
0.15
S4、Li
3.8
Sn
0.8
As
0.2
S4、Li4Sn
0.9
Si
0.1
S4、Li
10
SnP2S
12
、Li7GePS8、Li
3.25
Ge
0.25
P
0.75
S4、Li
3.25
P
0.95
S4、Li
11
Si2PS
12
、Li7P2S8I、Li8P2S9、80(0.7Li2S
·
0.3P2S5)
·
20LiI、95(0.8Li2S
·
0.2P2S5)
·
5LiI、56Li2S
·
24P2S5·
20Li2O、75Li2S
·
21P2S5·
4P2O5、33(0.7B2S3·
0.3P2S5)
·
67Li2S、67(0.75Li2S
·
0.25P2S5)
·
33LiBH4中的任意一种或几种；
[0015]所述聚合物基体包括：含醚氧基团的聚合物。
[0016]优选的，所述非固态负极呈液态或凝胶态；
[0017]所述液态的非固态负极具体由金属锂、联苯和/或及其衍生物、醚类电解液混合制备得到；其中，所述醚类电解液包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚、四氢呋喃、1,3
‑
二氧环戊烷、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、2
‑
甲基四氢呋喃、4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2
‑
二甲氧基丙烷、二氧戊烷、1,4
‑
二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1,1
‑
二乙氧基乙烷中的一种或多种；
[0018]所述凝胶态的非固态负极具体通过在所述液态的非固态负极中加入聚合物使得液态的非固态负极凝胶化制备得到；其中，所述聚合物为聚环氧乙烷PEO、聚丙烯腈PAN、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚偏二氟乙烯PVDF中的一种或多种；
[0019]所述非固态负极的室温电子电导率不低于6mS/cm，室温离子电导率不低于3mS/cm。
[0020]优选的，所述非固态正极呈液态或凝胶态；
[0021]所述液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硫化物固态电解质的新型电池，其特征在于，所述新型电池由负极到正极依次包括：非固态负极、固态界面保护层、固态电解质、固态界面保护层和非固态正极；所述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；所述聚合物基体占所述固态电解质的质量百分比为0％～50％。2.根据权利要求1所述的新型电池，其特征在于，所述固态电解质形状呈膜状或者片状，所述固态电解质的室温离子电导率大于0.5mS/cm；所述硫化物包括：Li3PS4、Li
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GeP2S
12
、Li7P3S
11
、Li6PS5Cl、Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.7
Cl
0.3
、Li4SnS4、Li
3.85
Sn
0.85
Sb
0.15
S4、Li
3.8
Sn
0.8
As
0.2
S4、Li4Sn
0.9
Si
0.1
S4、Li
10
SnP2S
12
、Li7GePS8、Li
3.25
Ge
0.25
P
0.75
S4、Li
3.25
P
0.95
S4、Li
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Si2PS
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、Li7P2S8I、Li8P2S9、80(0.7Li2S
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0.3P2S5)
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20LiI、95(0.8Li2S
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0.2P2S5)
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5LiI、56Li2S
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24P2S5·
20Li2O、75Li2S
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21P2S5·
4P2O5、33(0.7B2S3·
0.3P2S5)
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67Li2S、67(0.75Li2S
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0.25P2S5)
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33LiBH4中的任意一种或几种；所述聚合物基体包括：含醚氧基团的聚合物。3.根据权利要求1所述的新型电池，其特征在于，所述非固态负极呈液态或凝胶态；所述液态的非固态负极具体由金属锂、联苯和/或及其衍生物、醚类电解液混合制备得到；其中，所述醚类电解液包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚、四氢呋喃、1,3
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二氧环戊烷、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、2
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甲基四氢呋喃、4
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甲基
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二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2
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二甲氧基丙烷、二氧戊烷、1,4
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二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1,1
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二乙氧基乙烷中的一种或多种；所述凝胶态的非固态负极具体通过在所述液态的非固态负极中加入聚合物使得液态的非固态负极凝胶化制备得到；其中，所述聚合物为聚环氧乙烷PEO、聚丙烯腈PAN、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凡，伍登旭，彭健，宋凤梅，李泓，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：