固态电解质材料及其制备方法和全固态二次电池技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种固态电解质材料及其制备方法和全固态二次电池。本发明专利技术的固态电解质材料，包括以下化学式：Li

【技术实现步骤摘要】
固态电解质材料及其制备方法和全固态二次电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种固态电解质材料及其制备方法和全固态二次电池。

技术介绍

[0002]在无机电解质材料中，氧化物电解质具有高的氧化电位，对高电压三元正极材料稳定，但其难以实现高离子电导率，而且刚性大、延展性差，导致与正极材料的接触阻抗较大。相比而言，硫化物电解质是一类新近受到关注的固体电解质材料，通常具有高的离子电导率，延展性良好、可以与正、负极材料形成比较致密的物理接触。以LiPSC体系为例，其常温下(25
±
3℃)的离子电导率可达12ms/cm，且随着温度的提高其离子电导率能大幅度提升，可媲美常规液态电解液离子电导率水平，由其制成的固态电池首效、循环及倍率性能均较高，但其仍存在以下问题：(1)对正极稳定性较差，与正极材料直接接触时会在循环过程中发生严重的副反应，严重影响其性能发挥。(2)空气稳定性较差，暴露空气中易与空气发生反应形成杂相，离子电导率下降明显，同时产生的杂相在电池长循环过程中会与正负极发生严重副反应，影响电池的长循环的性能发挥。而且较低的空气稳定性对电解质制备环境及条件要求较高，需在惰性气氛下或极低环境湿度控制下进行，不利于电解质本身的大批量制备，以及后续电解质膜的大批量制备、电池的大批量制备等。
[0003]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种固态电解质材料，以解决全固态二次电池中固态电解质材料批量制备时所面临的苛刻环境条件、费时耗能以及价昂等技术问题。通过掺杂掺Sn元素、Ce元素和O元素以使电解质在保证较高离子电导率水平的同时兼顾实现较高空气稳定性，提高目标电解质较高对正极稳定性，提升正极活性材料的容量发挥以及整个电池的能量密度。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的固态电解质材料的制备方法，该方法简单易行，可得到兼具高电导率、高空气稳定性的电解质材料。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种全固态二次电池，其具有优异的电化学性能。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]固态电解质材料，所述固态电解质材料包括以下化学式：Li
5.4+x+3y
P1‑
x
‑
y
Sn
x
Ce
y
S
4.4
M
1.6
‑
2y
O
2y
，其中，M包括Cl、I、Br和F中的至少一种；0<x+y<1，0<y<0.8，x>0。
[0009]在一种实施方式中，所述M选自Cl、I、Br或F，0.1≤x≤0.3，0.1≤y≤0.3。
[0010]在一种实施方式中，所述x为0.1，所述y为0.1、0.15、0.2、0.25或0.3。
[0011]在一种实施方式中，所述x为0.15，所述y为0.1、0.15或0.2。
[0012]在一种实施方式中，所述x为0.2，所述y为0.1、0.15或0.2。
[0013]在一种实施方式中，所述x为0.25，所述y为0.1或0.15。
[0014]在一种实施方式中，所述x为0.3，所述y为0.1。
[0015]在一种实施方式中，所述固态电解质材料为玻璃
‑
陶瓷相和/或结晶相。
[0016]所述的固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将按照所述固态电解质材料的化学式计的原料混合物进行粉碎处理，得到电解质前驱体；对所述电解质前驱体进行热处理。
[0018]在一种实施方式中，所述原料混合物包括Li2S、P2S5、LiM、SnS2和CeO2，其中，M选自Cl、I、Br或F中的至少一种。
[0019]在一种实施方式中，所述粉碎处理包括球磨。
[0020]所述球磨的球料比为(10～30)：1，所述球磨的速度为250～750rpm，所述球磨的时间为10～40h。
[0021]在一种实施方式中，所述热处理的温度为400～550℃，所述热处理的保温时间为8～12h。
[0022]在一种实施方式中，所述热处理的升温速率为1～5℃/min。
[0023]在一种实施方式中，所述热处理在惰性气氛下进行。
[0024]在一种实施方式中，对所述热处理后得到的物料进行研磨和筛分。
[0025]全固态二次电池，包括正极层、电解质层和负极层；
[0026]所述正极层、电解质层和负极层中的至少一层包含所述的固态电解质材料。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0028](1)本专利技术对LiPSM(M包括Cl、I、Br和F中的至少一种)体系硫化物电解质进行掺锡、掺铈和掺氧，制备所得目标电解质电导率在保持较高电导率条件下，其空气稳定性及对正极稳定性均大幅度提升，大幅度提高其在全固态二次电池中的材料化学以及电化学稳定性，能大幅度提升正极活性材料的容量发挥以及整个电池的能量密度和性能。
[0029](2)固态电解质材料的制备方法简单易行，通过将原料混合物进行粉碎处理，再进行热处理，得到兼具高电导率、高空气稳定性的电解质材料。
[0030](3)本专利技术将固态电解质材料应用于全固态二次电池，使其具有优异的电化学性能。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例1和对比例1的固态电解质材料的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
[0033]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0034]根据本专利技术的一个方面，本专利技术涉及固态电解质材料，所述固态电解质材料包括以下化学式：Li
5.4+x+3y
P1‑
x
‑
y
Sn
x
Ce
y
S
4.4
M
1.6
‑
2y
O
2y
，其中，M包括Cl、I、Br和F中的至少一种；0<x+y<1，0<y<0.8，x>0。
[0035]本专利技术通过对LiPSM(M包括Cl、I、Br和F中的至少一种)体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料包括以下化学式：Li
5.4+x+3y
P1‑
x
‑
y
Sn
x
Ce
y
S
4.4
M
1.6
‑
2y
O
2y
，其中，M包括Cl、I、Br和F中的至少一种；0<x+y<1，0<y<0.8，x>0。2.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，所述M选自Cl、I、Br或F，0.1≤x≤0.3，0.1≤y≤0.3。3.根据权利要求2所述的固态电解质材料，其特征在于，包含以下特征(1)至(5)中的至少一种：(1)所述x为0.1，所述y为0.1、0.15、0.2、0.25或0.3；(2)所述x为0.15，所述y为0.1、0.15或0.2；(3)所述x为0.2，所述y为0.1、0.15或0.2；(4)所述x为0.25，所述y为0.1或0.15；(5)所述x为0.3，所述y为0.1。4.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料为玻璃
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景超，陈少杰，周宇楠，杨红新，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：