固体电解质、其制备方法及包含该电解质的电池技术

本发明专利技术公开一种固体电解质、其制备方法及包含该电解质的电池。所述固体电解质为核壳结构，内核为硫银锗矿型电解质，外壳为Li

【技术实现步骤摘要】
固体电解质、其制备方法及包含该电解质的电池


[0001]本专利技术属于化学电源领域，具体涉及一种固体电解质、其制备方法及包含该电解质的电池。

技术介绍

[0002]硫化物固态电解质由于硫元素较小的电负性、与Li 离子较低的结合能以及较大的原子半径赋予了其超高的离子电导率，使该材料本身存在较差的化学与电化学稳定性。
[0003]现有专利CN111512397B 为了提升LPSCl电解质体系的化学稳定性，会在电解质制备过程中除了形成晶相LPSCl外，还会形成另外一项较为稳定的β
‑
Li3PS4从而提升材料对空气中水的稳定性。但β
‑
Li3PS4作为硫化物材料的一种其稳定性仍然有待提升，β
‑
Li3PS4其中具有低表面能的 (001)、 (111)、(110) 和 (101)四个晶面是主要面，计算结果表明其稳定性很高, 而具有高表面能的 (100) 和 (010) 晶面的稳定性很差。
[0004]目前已有非专利文或专利文献CN112421101A提出在硫化物固态电解质材料中添加负的吉布斯能量变化且颗粒尺寸较小的金属氧化物到硫化物固态电解质中也可以显著提升其空气稳定性。该方法存在金属氧化物在电解质体系中分布不均匀，甚至一些活泼的金属氧化物会和体系中的硫化物发生反应，影响材料性能。以及现有材料捕获硫化氢后会产生进一步导致硫化物固态电解质材料恶化的H2O(H2S+MO
→
MS+ H2O)，从而引发恶性循环，导致材料破坏。

技术实现思路

[0005]为了克服上述缺陷，本专利技术提供一种固体电解质、其制备方法和包含该电解质的电池。
[0006]本专利技术提供一种固体电解质，其中所述固体电解质为核壳结构，内核为硫银锗矿型电解质，外壳为Li
(7
‑
x) CuPS
(6
‑
x) A1
x
A2，其中0≤x≤2，A1和A2分别为卤素中的一种或多种。
[0007]本专利技术还提供一种固体电解质的制备方法，包括：S1，将Li7‑
x
PS6‑
x
A1
x
粉末与CuA2球磨粉碎混合，球磨时间8~12小时，得到前驱体粉末；S2，将所述前驱体粉末在真空或惰性气氛下焙烧。
[0008]本专利技术又提供一种电池，包含上述固体电解质。
[0009]本专利技术采用亚铜卤化物与硫银锗矿型电解质颗粒表层进行反应包覆，形成以Li
(7
‑
x) CuPS
(6
‑
x) A1
x
A2为壳，硫银锗矿型电解质颗粒为核的核壳结构，亚铜离子的掺入可以与固态电解质中锂离子形成强离子键，同时由于亚铜离子与锂离子的离子半径(Cu
+
半径74 Pm，Li
+
半径73Pm)相近，因此在掺入后可保证材料的晶型不被破坏，提高材料的稳定性。本专利技术以亚铜卤化物作为硫银锗矿型电解质材料制备的起始材料，参与硫银锗矿晶体材料晶格构建，制备一种具有高离子电导率核以及高稳定壳的硫化物固态电解质材料，该材料在保持材料高离子电导率的情况下，兼具对湿空气稳定的能力，即提升材料的电化学窗口以
及与正负极材料的兼容性。
附图说明
[0010]图1是实施例1制备的硫化物固态电解质的SEM图。
[0011]图2是实施例1制备的固态电解质与硫化物固态电解质Li
5.5
PS
4.5
Cl
1.5
的XRD谱图。
[0012]图3是实施例1制备的硫化物固态电解质离子电导率测试图。
具体实施方式
[0013]下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。
[0014]本专利技术的固体电解质为核壳结构，内核为硫银锗矿型电解质，外壳为Li
(7
‑
x) CuPS
(6
‑
x) A1
x
A2，其中0≤x≤2，A1和A2分别为卤素中的一种或多种。
[0015]本专利技术的固体电解质的制备方法包括：S1，将Li7‑
x
PS6‑
x
A1
x
粉末与CuA2球磨粉碎混合，球磨时间8~12小时，得到前驱体粉末，其中A1和A2分别是卤素中的一种或多种；S2，将所述前驱体粉末在真空或惰性气氛下焙烧。
[0016]本专利技术采用亚铜卤化物与硫银锗矿型电解质颗粒表层进行反应包覆，形成以Li
(7
‑
x) CuPS
(6
‑
x) A1
x
A2为壳，硫银锗矿型电解质颗粒为核的核壳结构，亚铜离子的掺入可以与固态电解质中锂离子形成强离子键，同时由于亚铜离子与锂离子的离子半径(Cu
+
半径74 Pm，Li
+
半径73Pm)相近，因此，在掺入后可保证材料的晶型不被破坏，提高材料的稳定性。本专利技术以亚铜卤化物作为硫银锗矿型电解质材料制备的起始材料，参与硫银锗矿晶体材料晶格构建，制备一种具有高离子电导率核以及高稳定壳的硫化物固态电解质材料，该材料在保持材料高离子电导率的情况下，兼具对湿空气稳定的能力，即提升材料的电化学窗口以及与正负极材料的兼容性。
[0017]在可选的实施方式中，硫银锗矿型电解质为Li
(7
‑
x)
PS
(6
‑
x)
A1
x
，0≤x≤ 2，A1为卤素元素F、Cl、Br、I中的一种或多种。例如但不限于，Li7‑
x
‑
y
PS6‑
x
‑
y
Cl
x
Br
y
0≤x≤2，0≤y≤2；玻璃态的Li2S
‑
P2S5、结晶态的Li
x
M
y
PS
z
(M为Si、Ge、Sn中的一种或多种，x+4y+5=2z，0≤y≤1)、玻璃陶瓷态的Li2S
‑
P2S5或Li6PSX(X=Cl，Br，I中的一种或多种)。进一步优选地，玻璃态的Li2S
‑
P2S5选自玻璃态的70Li2S
‑
30P2S5、75Li2S
‑
25P2S5、80Li2S
‑
20P2S5中的一种或多种：玻璃陶瓷态的Li2S
‑
P2S5选自玻璃陶瓷态的70Li2S
‑
30P2S5、75Li2S
‑
25P2S5、 80Li2S
‑
20P2S5中的一种或多种；结晶态的Li
x
M
y
PS
z
选自Li
x
PS
z
、Li
x
S
n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体电解质，其中所述固体电解质为核壳结构，内核为硫银锗矿型电解质，外壳为 Li (7
‑
x) CuPS (6
‑
x) A1
x
A2，其中0≤x≤2，A1和A2分别为卤素中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述硫银锗矿型电解质为Li
(7
‑
x)
PS
(6
‑
x)
A1
x
。3.根据权利要求1所述的固体电解质，其中所述固态电解质颗粒的D50为2
‑
10微米。4.根据权利要求3所述的固体电解质，其中所述固态电解质颗粒的D50为D50在0.5~5μm。5.根据权利要求4所述的固体电解质，其中所述固态电解质颗粒的D50为1~3μm。6.根据权利要求3
‑
5...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐浩军，彭祖铃，徐颜峰，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：