高稳定性的锂镓硫氧固体电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性的锂镓硫氧固体电解质及其制备方法和应用，锂镓硫氧固体电解质的化学通式为：LiGaS

【技术实现步骤摘要】
高稳定性的锂镓硫氧固体电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池材料
，尤其涉及一种高稳定性的锂镓硫氧固体电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前商用的锂离子电池多采用非水液态有机溶剂作为电解质，这些液态电解质通常具有易燃的特性，可能引发电池燃烧、爆炸等安全问题。使用固体电解质代替原有液态电解质，即构建全固态电池，有望解决目前二次电池潜在安全性问题并进一步提高电池能量密度。
[0003]固体电解质主要分为聚合物电解质和无机固体电解质。聚合物电解质具有易加工、界面接触良好、化学稳定性好等优点，但是其室温离子电导率较低。无机固体电解质主要有氧化物陶瓷电解质和硫化物电解质，其中氧化物陶瓷电解质化学稳定性好，但是冷压下离子电导率很低，通常需要高温热压烧制陶瓷片；硫化物电解质具有较高的室温离子电导率，并且其机械性能良好，通常只需冷压即可获得高致密度的电解质片。然而大多数硫化物的空气稳定性差，极易与空气中的水分反应产生有毒的硫化氢气体，限制其大规模生成和应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种高稳定性的锂镓硫氧固体电解质及其制备方法和应用。本专利技术提供的锂镓硫氧固体电解质，有效解决了传统硫化物固体电解质对空气、水敏感的问题，同时避免了传统陶瓷电解质片需要高温热压烧制的繁琐工艺，冷压下即可获得较高的离子电导率，并且制备方法简单，可批量化生产。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种高稳定性的锂镓硫氧固体电解质，化学通式为：LiGaS
x
O2‑
x
；其中0<x<2；
[0006]所述锂镓硫氧固体电解质中的氧元素用于稳定结构中的硫原子，从而提高所述锂镓硫氧固体电解质材料对空气、水的稳定性。
[0007]优选的，所述的锂镓硫氧固体电解质的晶体结构为正交相，属于pna21空间群。
[0008]优选的，所述锂镓硫氧固体电解质室温离子电导率≥10
‑6S/cm。
[0009]第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的锂镓硫氧固体电解质的制备方法，包括：
[0010]将所需硝酸镓与含硫有机物按第一比例溶解在乙醇中得到混合溶液；
[0011]将所述混合溶液置于预先加热到保温温度的马弗炉中并保温一段时间，所述混合溶液受热分解，得到黑色的硫氧化物前驱体；
[0012]将所述硫氧化物前驱体与硫粉、硫化锂在惰性气氛手套箱中按第二比例混合后装入石英管中，将所述石英管抽真空，进行封管,将封管后的石英管置于马弗炉中煅烧,冷却到室温得到灰色粗成品；
[0013]将所述石英管中的粗成品，依次在二硫化碳、蒸馏水中清洗数次，干燥后得到所述锂镓硫氧固体电解质。
[0014]优选的,所述含硫有机物包括硫代乙酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、噻吩或硫脲中的一种或多种。
[0015]优选的,所述第一比例为Ga:S摩尔比1:1～1:10。
[0016]优选的,所述保温温度为300℃～800℃,所述保温的时间为0～2小时。
[0017]优选的,所述第二比例具体为：硫粉与硫氧化物前驱体的质量比为1:2～1:8，硫化锂与硫氧化物前驱体的质量比为1:2～1:8。
[0018]优选的,所述煅烧的温度为300～900℃，煅烧的时间为2～48小时。
[0019]第三方面，本专利技术实施例提供了一种固态锂电池，包括上述第一方面所述的锂镓硫氧固体电解质。
[0020]本专利技术的锂镓硫氧固体电解质与传统的氧化物固体电解质相比，保留了硫化物固体电解质原有的良好机械性能，仅需冷压成膜即可获得较高离子电导率，避免了繁琐的高温热压烧制工艺；与传统硫化物电解质相比，氧元素的引入稳定了结构中的硫原子，提高了材料对空气、水的稳定性。此外，本专利技术提供的制备方法简单易行，便于大规模工业化生产。
附图说明
[0021]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的锂镓硫氧固体电解质的制备方法流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例1
‑
5提供的锂镓硫氧固体电解质X射线衍射图谱(XRD)；
[0024]图3a为本专利技术实施例1提供的锂镓硫氧固体电解质的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0025]图3b为本专利技术实施例2提供的锂镓硫氧固体电解质的SEM图；
[0026]图3c为本专利技术实施例3提供的锂镓硫氧固体电解质的SEM图；
[0027]图3d为本专利技术实施例4提供的锂镓硫氧固体电解质的SEM图；
[0028]图3e为本专利技术实施例5提供的锂镓硫氧固体电解质的SEM图；
[0029]图4a为本专利技术实施例1提供的锂镓硫氧固体电解质的交流阻抗图；
[0030]图4b为本专利技术实施例2提供的锂镓硫氧固体电解质的交流阻抗图；
[0031]图4c为本专利技术实施例3提供的锂镓硫氧固体电解质的交流阻抗图；
[0032]图4d为本专利技术实施例4提供的锂镓硫氧固体电解质的交流阻抗图；
[0033]图4e为本专利技术实施例5提供的锂镓硫氧固体电解质的交流阻抗图；
[0034]图5a为本专利技术实施例1提供的锂镓硫氧固体电解质的全固态电池首周充放电曲线；
[0035]图5b为本专利技术实施例2提供的锂镓硫氧固体电解质的全固态电池首周充放电曲线；
[0036]图5c为本专利技术实施例3提供的锂镓硫氧固体电解质的全固态电池首周充放电曲线；
[0037]图5d为本专利技术实施例4提供的锂镓硫氧固体电解质的全固态电池首周充放电曲线；
[0038]图5e为本专利技术实施例5提供的锂镓硫氧固体电解质的全固态电池首周充放电曲
线。
具体实施方式
[0039]下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。
[0040]本专利技术实施例提供了一种高稳定性的锂镓硫氧固体电解质，化学通式为：LiGaS
x
O2‑
x
；0<x<2。
[0041]其中，锂镓硫氧固体电解质晶体结构为正交相，属于pna21空间群。
[0042]上述锂镓硫氧固体电解质室温离子电导率≥10
‑6S/cm。
[0043]本专利技术锂镓硫氧固体电解质保留了硫化物固体电解质原有的良好机械性能，而其中的氧元素稳定了结构中的硫原子，提高了锂镓硫氧固体电解质的稳定性，与传统硫化物电解质相比，尤其具有优异的对空气、水的稳定性。
[0044]本专利技术实施例提供了一种上述所述的锂镓硫氧固体电解质的制备方法，其主要步骤如图1所示，包括：
[0045]步骤110，将所需硝酸镓与含硫有机物按第一比例溶解在乙醇中得到混合溶液；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对高稳定性的锂镓硫氧固体电解质，其特征在于，所述锂镓硫氧固体电解质的化学通式为：LiGaS
x
O2‑
x
，其中0<x<2；所述锂镓硫氧固体电解质中的氧元素用于稳定结构中的硫原子，从而提高所述锂镓硫氧固体电解质材料对空气、水的稳定性。2.根据权利要求1所述的锂镓硫氧固体电解质，其特征在于，所述锂镓硫氧固体电解质的晶体结构为正交相，属于pna21空间群。3.根据权利要求1所述的锂镓硫氧固体电解质，其特征在于，所述锂镓硫氧固体电解质室温离子电导率≥10
‑6S/cm。4.一种上述权利要求1
‑
3任一所述的锂镓硫氧固体电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将所需硝酸镓与含硫有机物按第一比例溶解在乙醇中得到混合溶液；将所述混合溶液置于预先加热到保温温度的马弗炉中并保温一段时间，所述混合溶液受热分解，得到黑色的硫氧化物前驱体；将所述硫氧化物前驱体与硫粉、硫化锂在惰性气氛手套箱中按第二比例混合后装入石英管中，将所述石英管抽真空，进行封管,将封管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张啸，王雪锋，王兆翔，陈立泉，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：