一种玻璃-陶瓷硫化物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玻璃

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池
，具体涉及到一种玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电子设备、电动汽车的不断发展，具有高能量密度的二次锂电池是能源研究领域的研究热点和主流趋势。全固态锂离子电池具有安全性能好、能量密度高、工作温区广等优点，被广泛应用于便携式电子设备。固态电解质是全固态锂离子电池的关键材料之一，锂离子电池固态化在大幅提高安全性的同时可兼具高能量和高功率密度。其中的硫化物电解质具有离子电导率高、电化学窗口宽、晶界电阻低和易成膜等特点，被认为最有希望应用于全固态锂离子电池。
[0003]硫化物合成温度低，机械延展性优良，界面接触良好，且离子电导率最高，已超过商用电解液的水平，所以成为近年来固态电解质的研究热点。但是硫化物固态电解质存在如下缺陷：一是空气稳定性差：硫化物电解质中正五价的磷对空气中的氧具有非常强的亲和力，在空气中能与水反应，放出有毒的硫化氢气体；二是硫化物固态电解质与锂金属负极兼容性差。硫化物电解质都会被金属锂还原，而且在硫化物/金属锂界面不稳定的锂沉积，产生锂枝晶，导致电池失效。采用P2O5部分取代P2S5构建Li2S
‑
P2S5‑
P2O5玻璃陶瓷体系电解质，具有室温锂离子电导率高、电化学稳定性好、污染小以及制备工艺简单等优点，有很好的商业应用价值。
[0004]基于上述理由，提出本申请。

技术实现思路

[0005]基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷：提高了离子电导率和Li2S
‑
P2S5体系固体电解质的电化学稳定性。
[0006]为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质，其组成式为：75Li2S
‑
(25
‑
x)P2S5‑
xP2O5(mol％)，其中，1≤x≤25。
[0008]具体地，上述技术方案，所述玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质的组成式可以为75Li2S
‑
20P2S5‑
5P2O5，75Li2S
‑
15P2S5‑
10P2O5，75Li2S
‑
10P2S5‑
15P2O5[0009]或75Li2S
‑
5P2S5‑
20P2O5等中的任意一种。
[0010]进一步地，上述技术方案，所述x值优选为10，也即所述的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质的组成式优选为75Li2S
‑
15P2S5‑
10P2O5。
[0011]本专利技术的第二个目的在于提供上述所述玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0012](a)按配比将硫化锂(Li2S)粉末、五硫化二磷(P2S5)粉末和五氧化二磷(P2O5)粉末
进行充分混合；
[0013](b)将步骤(a)所得混合物转移至球磨机中进行球磨，得到无定形的玻璃态Li2S
‑
P2S5‑
P2O5电解质；
[0014](c)将步骤(b)制备的无定形的玻璃态Li2S
‑
P2S5‑
P2O5电解质置于管式烧结炉中，然后在惰性气氛条件下加热升温至400℃～800℃恒温烧结6～8h；烧结结束后，自然冷却到室温，得到所述的Li2S
‑
P2S5‑
P2O5型玻璃陶瓷固体电解质。
[0015]进一步地，上述技术方案，步骤(b)中所述球磨采用的球磨机可为高能行星式球磨机，其中球磨罐的材质可以为氧化锆或是不锈钢。所述磨球可以选用直径为10mm～20mm的氧化铝磨球或氧化锆磨球。
[0016]进一步地，上述技术方案，步骤(b)中所述球磨采用的球磨速度为300～420rpm，球磨时间为6～8h。
[0017]进一步地，上述技术方案，步骤(c)中所述加热升温的速率为10～20℃/min。
[0018]进一步地，上述技术方案，步骤(c)中所述惰性气氛优选为Ar氛围。
[0019]本专利技术的第三个目的在于提供采用上述所述方法制备的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质在制备全固态锂硫电池中的应用。
[0020]一种全固态锂硫电池，包括正极层、负极层和固态电解质层；其中：所述正极层包括复合正极粉末，所述复合正极粉末由活性物质、固态电解质和导电剂组成；所述复合正极粉末中的固态电解质为上述所述方法制备的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质；所述电解质层由上述所述方法制备的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质制备而成。
[0021]优选地，上述技术方案，所述复合正极粉末中的活性物质可以为S或硫的复合物，例如硫
‑
石墨烯复合物。
[0022]优选地，上述技术方案，所述复合正极粉末中的导电剂选自以下物质中的一种或几种的组合：石墨烯、碳纳米管、科琴黑、乙炔黑和其他类似物。
[0023]优选地，上述技术方案，所述复合正极粉末中的活性物质、固态电解质、导电剂之间的质量比为5:2:3。
[0024]上述所述全固态锂硫电池采用层压叠加法制备而成，步骤如下：
[0025]将固体电解质和复合正极粉末依次放入定制的模具中，在300～500MPa的压力下保压5～15分钟，将复合正极粉末层与电解质层充分贴合；然后将锂片放在电解质的另一侧，再在两侧放在不锈钢集流体，并施加10～30MPa的压力，保压0.5～2分钟，压实得到固态锂硫电池。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0027](1)本专利技术SEM结果显示本专利技术制备得到的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质具有较为明显的晶粒出现(参见本申请附图1)。
[0028](2)本专利技术利用不同含量的P2O5部分取代P2S5经高能球磨及热处理作用制备了75Li2S
‑
(25
‑
x)P2S5‑
xP2O5(mol％)玻璃陶瓷电解质，可以起到提高固体电解质离子导电率的目的。当x＝10时，本专利技术制备的玻璃
‑
陶瓷电解质的离子电导率最高，能够达到6.31
×
10
‑5S/cm。
[0029](3)本专利技术的Li2S
‑
P2S5‑
P2O5玻璃陶瓷体系电解质具有室温锂离子电导率高、电化学稳定性好以及制备工艺简单等优点，有很好的商业应用价值。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例2制备的玻璃
‑
陶瓷硫化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质，其特征在于：其组成式为：75Li2S
‑
(25
‑
x)P2S5‑
xP2O5(mol％)，其中，1≤x≤25。2.根据权利要求1所述的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质，其特征在于：所述玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质的组成式为75Li2S
‑
20P2S5‑
5P2O5，75Li2S
‑
15P2S5‑
10P2O5，75Li2S
‑
10P2S5‑
15P2O5或75Li2S
‑
5P2S5‑
20P2O5中的任意一种。3.根据权利要求1所述的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质，其特征在于：所述x值为10。4.权利要求1～3任一项所述的玻璃
‑
陶瓷硫化物电解质的制备方法，其特征在于：(a)按配比将硫化锂(Li2S)粉末、五硫化二磷(P2S5)粉末和五氧化二磷(P2O5)粉末进行充分混合；(b)将步骤(a)所得混合物转移至球磨机中进行球磨，得到无定形的玻璃态Li2S
‑
P2S5‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴中华，
申请(专利权)人：深圳市新固能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：