固态电解质及其制备方法和固态电池技术

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及其制备方法和固态电池。本发明专利技术的固态电解质的化学式包括Li7‑

【技术实现步骤摘要】
固态电解质及其制备方法和固态电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种固态电解质及其制备方法和固态电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池在各类便携式电子产品(如笔记本电脑、手机和数码相机)和电动汽车等领域广泛应用。但近期新能源汽车安全事故频繁发生，主要是由于传统的锂离子电池需使用易燃的有机溶剂作为电解液，故而存在安全隐患，采用通常的改进方法无法彻底解决。相比而言，使用固态电解质的固态锂离子电池更具安全优势。采用固态电解质，不仅可以从根本上解决锂离子电池的安全性问题，同时有望大大简化制造封装工艺，提高电池的能量密度、可靠性和设计自由度。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。为了媲美常规液态离子电导率水平，同时满足更高能量密度、更高安全性、更高电池性能的要求，对于固态电解质的高离子电导率水平、高氧化电位及高对锂稳定性等提出了强烈要求。
[0003]硫化物电解质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，但其仍存在以下问题：1)氧化电位较低(通常<3V)，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)对锂稳定性较差，副反应严重，不利于更高能量密度(≥400wh/kg)锂金属负极电池开发和应用。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种固体电解质，以解决现有技术中的全固态二次电池中硫化物电解质材料化学以及电化学性能不稳定的技术问题。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的固体电解质的制备方法，该方法高效、环保。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的固态电池，该固态电池具有优异的循环性能。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0009]固态电解质，所述固态电解质的化学式包括Li7‑
3x
‑
y
P1‑
x
Zr
x
S6‑
4x
‑
y
M
y
F
4x
，其中，M包括Cl、I和Br中的一种或多种；0.01≤4x+y≤5.9，x>0，y≥0。
[0010]优选地，所述M选自Cl、I或Br；4x+y＝1.6，0.05≤x≤0.4，0≤y≤1.4。
[0011]优选地，所述固态电解质的化学式包括Li
5.45
P
0.95
Zr
0.05
S
4.4
Cl
1.4
F
0.2
、Li
5.5
P
0.9
Zr
0.1
S
4.4
Cl
1.2
F
0.4
、Li
5.55
P
0.85
Zr
0.15
S
4.4
ClF
0.6
、Li
5.6
P
0.8
Zr
0.2
S
4.4
Cl
0.8
F
0.8
、Li
5.65
P
0.75
Zr
0.25
S
4.4
Cl
0.6
F、Li
5.7
P
0.7
Zr
0.3
S
4.4
Cl
0.4
F
1.2
、Li
5.75
P
0.65
Zr
0.35
S
4.4
Cl
0.2
F
1.4
或Li
5.8
P
0.6
Zr
0.4
S
4.4
F
1.6
中的至少一种。
[0012]优选地，所述的固态电解质包括结晶相和玻璃
‑
陶瓷相中的至少一种。
[0013]所述的固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0014](a)取所述固态电解质的化学式所对应的原料进行粉碎处理，得到前驱体材料；
[0015](b)将步骤(a)得到的前驱体材料进行热处理。
[0016]优选地，所述原料包括硫化锂、五硫化二磷、锂的卤化物和氟化锆；
[0017]所述锂的卤化物包括氯化锂、溴化锂和碘化锂中的至少一种。
[0018]优选地，所述粉碎处理采用球磨处理；
[0019]优选地，所述球磨处理的球料比为(10～30)：1，所述球磨处理的速度为350rpm～750rpm，所述球磨处理的时间为10h～40h；
[0020]更优选地，所述球磨处理的球料比为(15～25)：1，所述球磨处理的速度为400rpm～700rpm，所述球磨处理的时间为15h～35h。
[0021]优选地，所述热处理于保护性气体条件下进行。
[0022]优选地，所述热处理的温度为400℃～550℃；更优选为450℃～520℃。
[0023]优选地，所述热处理的保温时间为5h～15h；更优选为8h～12h。
[0024]优选地，所述热处理的温升速率为1℃/min～5℃/min；更优选为2℃/min～4℃/min。
[0025]优选地，对热处理后的物料进行冷却、研磨和过筛。
[0026]固态电池，包括负极层、电解质层和正极层；
[0027]所述负极层、电解质层和正极层中的至少一层中包含固态电解质；
[0028]所述固态电解质为所述的固态电解质。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0030](1)本专利技术通过掺杂Zr元素来实现目标电解质在保证较高离子电导率水平的同时兼顾实现更高的氧化电位的目的，可大幅度提高目标电解质对高电压正极的稳定性，提升正极活性材料的容量发挥以及整个电池的能量密度，从而实现全固态二次电池的商业应用价值；通过掺杂F元素来提高目标电解质对锂的稳定性，降低锂金属负极应用时的一系列副反应，进一步提高电池的能量密度及循环性能。
[0031](2)本专利技术固体电解质的制备方法简单易行，按照固态电解质的化学式，取各元素的摩尔比所对应的原料进行粉碎和热处理。该方法得到的电解质具有较高的导电率、较高的氧化电位、较高的对锂稳定性。可进一步提高其制备的电池的电化学性能。
[0032](3)本专利技术的固体电解质应用于固态电池中，可改善电池的循环性能。
附图说明
[0033]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，其特征在于，所述固态电解质的化学式包括Li7‑
3x
‑
y
P1‑
x
Zr
x
S6‑
4x
‑
y
M
y
F
4x
，其中，M包括Cl、I和Br中的一种或多种；0.01≤4x+y≤5.9，x>0，y≥0。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述M选自Cl、I或Br；4x+y＝1.6，0.05≤x≤0.4，0≤y≤1.4。3.根据权利要求2所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的化学式包括Li
5.45
P
0.95
Zr
0.05
S
4.4
Cl
1.4
F
0.2
、Li
5.5
P
0.9
Zr
0.1
S
4.4
Cl
1.2
F
0.4
、Li
5.55
P
0.85
Zr
0.15
S
4.4
ClF
0.6
、Li
5.6
P
0.8
Zr
0.2
S
4.4
Cl
0.8
F
0.8
、Li
5.65
P
0.75
Zr
0.25
S
4.4
Cl
0.6
F、Li
5.7
P
0.7
Zr
0.3
S
4.4
Cl
0.4
F
...

【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：