一种高性能硫化物固态电解质片及其制备方法和应用技术

一种高性能硫化物固态电解质片及其制备方法和应用。本发明专利技术属于固态电解质领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有硫化物固态电解质片致密度和离子导率均较低的技术问题。本发明专利技术的高性能硫化物固态电解质片由硫化物固态电解质粉末先经热压预处理，再经玻璃化处理制备而成，所述高性能硫化物固态电解质片致密度高于98.5％，锂离子导率高于3mS/cm，离子激活能低于15kJ/moL。本发明专利技术公开了一种在材料玻璃化转变区间对其进行玻璃化处理来制片的方法，达到了降低硫化物固态电解质片裂纹密度以及改善其晶界结构的目的，获得了高致密度、高离子导率的硫化物固态电解质片。率的硫化物固态电解质片。率的硫化物固态电解质片。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能硫化物固态电解质片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于固态电解质领域，具体涉及一种高性能硫化物固态电解质片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的广泛应用，固态电解质因其良好的安全性被人们所关注，其中硫化物固态电解质在具有极高安全性的基础上同时具备着良好的机械加工性和高的离子导率，从而得到了更多的关注，固态电解质主要包括氧化物、硫化物、聚合物固态电解质，其中，硫化物固态电解质由于其具有极强的加工性能以及极高的离子电导率，因此固态电解质尤其是硫化物固态电解质因其良好的机械加工性和循环稳定性等受到了广泛的关注。
[0003]目前，现有的硫化物固态电解质片一般使用冷压、冷压后热处理或者热压的方法制备，采用上述方法制备得到的硫化物固态电解质片一般致密度较低，电解质颗粒存在较大的界面电阻，从而导致其离子导率较低，不足以满足商用电动汽车对电池性能的需求。因此，开发一种高性能硫化物固态电解质显得尤为必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有硫化物固态电解质片致密度和离子导率均较低的技术问题，而提供一种高性能硫化物固态电解质片及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的一种高性能硫化物固态电解质片由硫化物固态电解质粉末先经热压预处理，再经玻璃化处理制备而成，所述高性能硫化物固态电解质片致密度高于98.5％，锂离子导率高于3mS/cm，离子激活能低于15kJ/moL。
[0006]本专利技术的一种高性能硫化物固态电解质片的制备方法按以下步骤进行：
[0007]步骤1：将硫化物固态电解质粉末压实后，于硫化物固态电解质的相转变温度区间或高于相转变温度区间的温度下进行热压预处理，自然冷却至室温，得到电解质片前体；
[0008]步骤2：将电解质片前体加热至硫化物固态电解质的玻璃化转变区间内，并在此温度下保温2h～4h，在加热的同时1h后施加400～500MPa的压力并保压1h，卸压后继续保温，保温结束后，缓慢降温至40～55℃，脱模，得到高性能硫化物固态电解质片。
[0009]进一步限定，步骤1中所述硫化物固态电解质粉末按以下步骤制备：
[0010]步骤(1)：在惰性气氛下，将硫化锂和五硫化二磷分别置于研钵中单独研磨，然后将二者混合研磨至混匀，得到原料粉；
[0011]步骤(2)：在惰性气氛下，将步骤1得到的原料粉转移至球磨罐中，密封后放入球磨机进行双向球磨，得到硫化物固态电解质粉末。
[0012]进一步限定，步骤(1)中所述硫化锂的纯度＞99％，五硫化二磷纯度＞98％，所述单独研磨、混合研磨的时间为8min～10min。
[0013]进一步限定，步骤(2)中所述球磨罐内衬和磨球为玛瑙或三氧化二铝，球料比为(100～200)：1，步骤(2)中所述球磨罐中原料粉的占比为(0.5～1.5)g：100mL，步骤(2)中所
述双向球磨的具体过程为：先顺时针球磨30min，静置10min～15min，之后逆时针球磨30min，静置10min～15min，球磨转速为300r/min～370r/min，球磨总时间为18h～22h。
[0014]进一步限定，步骤1中将硫化物固态电解质粉末压实至厚度为0.5mm～2mm。
[0015]进一步限定，步骤1中所述热压预处理过程中升温速度为20℃/min～25℃/min，相转变温度区间为220～250℃，保温时间为3h～4h，开始加热1h后施压，压力为400MPa～500MPa，保压时间为1h，卸压后继续保温。
[0016]进一步限定，步骤2中所述玻璃化转变区间为100～150℃，升温速度为20℃/min～25℃/min。
[0017]进一步限定，步骤2中所述缓慢降温的速度为5℃/min以下。
[0018]本专利技术的高性能硫化物固态电解质片用于制备电动汽车用电池。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有的显著效果：
[0020]本专利技术公开了一种在材料玻璃化转变区间对其进行玻璃化处理来制片的方法，达到了降低硫化物固态电解质片裂纹密度以及改善其晶界结构的目的，获得了高致密度、高离子导率的硫化物固态电解质片，其致密度高于98.5％，锂离子导率高于3mS/cm，离子激活能低于15kJ/mol。具体优点如下：
[0021]1)本专利技术的制备方法采用双向球磨，避免了球磨过程中由于能量过高而导致过早晶化的现象。
[0022]2)玻璃化处理过程中保温时间不宜过长，否则会导致高离子导体相的消失，也不宜过短，过短会导致转变的非晶相无法填充到裂纹孔隙中，从而导致无法提高致密度。
[0023]3)玻璃化处理过程通过降温速率的调控实现了电解质片中的内应力缓慢释放，从而达到了降低微裂纹的密度的目的。
附图说明
[0024]图1为实施例1的硫化物固态电解质粉末的差热分析DTA曲线；
[0025]图2为对比例3的硫化物固态电解质片的SEM形貌图；
[0026]图3为实施例2的高性能硫化物固态电解质片的SEM形貌图；
[0027]图4为对比例1
‑
3的硫化物固态电解质片和实施例2的高性能硫化物固态电解质片的XRD图；
[0028]图5为对比例1
‑
3的硫化物固态电解质片和实施例2的高性能硫化物固态电解质片在30℃条件下的交流阻抗图；
[0029]图6为实施例2的高性能硫化物固态电解质片在不同温度下的交流阻抗图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
[0032]实施例1：硫化物固态电解质粉末按以下步骤制备：
[0033]步骤(1)：在惰性气氛下，按照4:1的摩尔比将1g硫化锂(纯度＞99％)和五硫化二磷(纯度＞98％)分别置于玛瑙研钵中单独研磨10min，然后将二者混合研磨10min至混匀，得到原料粉；
[0034]步骤(2)：在惰性气氛下，将1g步骤1得到的原料粉转移至容积为100mL的三氧化二铝球磨罐中，密封后放入球磨机进行双向球磨，先顺时针球磨30min，静置10min，之后逆时针球磨30min，静置10min，球磨转速为370r/min，球磨总时间为20h，磨球为5颗直径为10mm和15颗直径为5mm的三氧化二铝磨球，得到硫化物固态电解质粉末。
[0035]实施例1的硫化物固态电解质粉末玻璃化转变温度和相转变温度的确定过程如下：
[0036]①
测试样品的准备：在惰性气体中取0.01g淡黄色硫化物固态电解质粉末，使用铝箔包裹，放入密封袋中备用。
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能硫化物固态电解质片，其特征在于，所述电解质片由硫化物固态电解质粉末先经热压预处理，再经玻璃化处理制备而成，所述高性能硫化物固态电解质片致密度高于98.5％，锂离子导率高于3mS/cm，离子激活能低于15kJ/moL。2.如权利要求1所述的一种高性能硫化物固态电解质片的制备方法，其特征在于，该制备方法按以下步骤进行：步骤1：将硫化物固态电解质粉末压实后，于硫化物固态电解质的相转变温度区间或高于相转变温度区间的温度下进行热压预处理，自然冷却至室温，得到电解质片前体；步骤2：将电解质片前体加热至硫化物固态电解质的玻璃化转变区间内，并在此温度下保温2h～4h，在加热的同时施加400MPa～500MPa的压力并保压1h，卸压后继续保温，保温结束后，缓慢降温至40～55℃，脱模，得到高性能硫化物固态电解质片。3.根据权利要求2所述的一种高性能硫化物固态电解质片的制备方法，其特征在于，步骤1中所述硫化物固态电解质粉末按以下步骤制备：步骤(1)：在惰性气氛下，将硫化锂和五硫化二磷分别置于研钵中单独研磨，然后将二者混合研磨至混匀，得到原料粉；步骤(2)：在惰性气氛下，将步骤1得到的原料粉转移至球磨罐中，密封后放入球磨机进行双向球磨，得到硫化物固态电解质粉末。4.根据权利要求3所述的一种高性能硫化物固态电解质片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫化锂的纯度＞99％，五硫化二磷纯度＞98％，所述单独研磨、混合研磨的时间为8min～10min。5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱明芳，贾政刚，张学习，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：