一种核壳结构的固态电解质及其制备方法和固态电池技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构的固态电解质及其制备方法和固态电池

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的固态电解质及其制备方法和固态电池


[0001]本专利技术涉及固态电池
，涉及一种核壳结构的固态电解质及其制备方法和固态电池
。

技术介绍

[0002]目前商业化的锂离子电池一般为液态电池，液态电池采用液态电解质用于锂离子的传导，但是，液态电解质中的溶剂一般为有机溶剂，容易发生泄漏等问题进而引发安全问题
。
针对此问题，研发人员提出采用固态电解质替换液态电解质，既保证锂离子的传导又发挥隔膜的作用，相应的电池为固态锂离子电池，相比于液态电池，固态锂离子电池的安全性能得到了大幅提升
。
[0003]固态锂离子电池中的关键组分之一为固态电解质，常见的种类有硫化物固态电解质
、
卤化物固态电解质
、
氧化物固态电解质等种类，其中，硫化物固态电解质具有媲美于液态电解质的高的离子电导率，是极具应用前景的固态电解质，但是，硫化物固态电解质对水和空气非常敏感，在运输和使用过程中容易因为副反应而降低其性能
。
同时，也导致了制备和使用硫化物固态电解质的环境要求严苛，严重限制了它的大规模应用
。
有相关研究通过包覆的方法提升其稳定性，例如
CN116315057A
利用偏钛酸锂包覆硫化物固态电解质，该方法有效解决了传统硫化物固体电解质对空气
、
水敏感的问题
。
但是，包覆层与硫化物固态电解质的界面相容性差，导致阻抗增大，生成空间电荷层，导致首效
、
容量和倍率性能下降
。
[0004]因此，提供一种在改善硫化物电解质的稳定性的同时，保证硫化物固态电解质的高性能，是亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提出一种核壳结构的固态电解质及其制备方法和固态电池
。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种核壳结构的固态电解质，所述核壳结构的固态电解质包括内核和包覆于所述内核表面的硫化物层，所述内核为含硫元素的固态电解质内核，所述硫化物层为硫化物固态电解质层，所述硫化物层的材质包括
Li2SnS3、Li4SnS4、Li4GeS4、Li4SiS4、Li3InS3、Li3YS3、Li3ErS3、Li3FeS3、Li3ScS3、Li3AlS3、Li4ZnS4、Li4ZrS4、Li4MgS3、Li4CuS3、Li4MnS4、Li4TiS4、Li
4Tb
S3、Li4VS3、Li4CoS3、Li4CdS3、Li3SmS3、Li3LaS3、Li3LuS3、Li3YbS3和
Li3GaS3中的至少一种
。
[0008]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果
。
[0009]优选地，所述内核包括
(100
‑
x)Li2S
‑
xP2S5型固态电解质
、Li6‑
y
PS5‑
y
X
1+y
型固态电解质
、Li
11
‑
z
M2‑
z
P
1+z
S
12
型固态电解质
、Li7La3Zr2O
12
型固态电解质
(LLZO)、Li
0.34
La
0.567
TiO3型固态电解质
(LLTO)、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3型固态电解质
(LAGP)
，其中，0＜
x
＜
100
，优选为
20
‑
35
，
0≤y
＜1，0＜
z
＜1，
X
＝
F、Cl、Br
或
I
，
M
＝
Ge、Sn
或
Si
的一种或多种
。
[0010]优选地，所述硫化物层的厚度为
5nm
‑
300nm。
[0011]优选地，所述核壳结构的固态电解质的比表面积为
280g/m2‑
600g/m2。
[0012]本专利技术的核壳结构的固态电解质具有较高的比表面积，硫化物层为多孔结构，孔的数量多且孔的尺寸细小，既保证了较多的锂离子传输通道，又具有良好的抵抗外界化学侵蚀的能力
。
[0013]优选地，所述核壳结构的固态电解质的离子电导率为
0.5ms/cm
‑
11.2ms/cm。
[0014]优选地，核壳结构的固态电解质的离子电导率维持率
≥80
％，优选
≥85
％，特别优选
>100
％，核壳结构的固态电解质的离子电导率维持率＝核壳结构的固态电解质的离子电导率
/
内核的离子电导率
。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的核壳结构的固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0016](1)
将内核置于反应炉中，通入卤化物气体，进行沉积，在内核的表面沉积形成结晶层；
[0017](2)
利用含硫物质与所述的结晶层反应，在内核的表面形成硫化物层
。
[0018]需要注意的是，在步骤
(2)
进行反应时，结晶层应仍为固体状态包覆于内核表面，而不可发生汽化从内核的表面脱离
。
[0019]作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述沉积的温度为
50℃
‑
580℃。
[0020]优选地，所述沉积的气压为
0.01MPa
‑
2MPa。
[0021]优选地，所述沉积的时间为
6h
‑
48h。
[0022]优选地，所述卤化物选自
SnD4、SnD2、InD3、MgD2、ZnD2、ZrD2、CuD2、FeD3、FeD2、YD3、ErD3、LiD、ScD3、AlD3、MnD3、TbD2、SmD3、LaD3、LuD3、YbD3、VD2、MnD2、CoD2、TiD4、CdD2、GeD4、SiD4、ErD3和
GaD3中的至少一种，其中，
D
＝
F、Cl、Br
或
I。
[0023]优选地，所述含硫物质包括
CS2和
H2S
中的至少一种
。
[0024]优选地，步骤
(2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种核壳结构的固态电解质，其特征在于，所述核壳结构的固态电解质包括内核和包覆于所述内核表面的硫化物层，所述内核为含硫元素的固态电解质内核，所述硫化物层为硫化物固态电解质层，所述硫化物的材质包括
Li2SnS3、Li4SnS4、Li4GeS4、Li4SiS4、Li3InS3、Li3YS3、Li3ErS3、Li3FeS3、Li3ScS3、Li3AlS3、Li4ZnS4、Li4ZrS4、Li4MgS3、Li4CuS3、Li4MnS4、Li4TiS4、Li
4Tb
S3、Li4VS3、Li4CoS3、Li4CdS3、Li3SmS3、Li3LaS3、Li3LuS3、Li3YbS3和
Li3GaS3中的至少一种
。2.
根据权利要求1所述的核壳结构的固态电解质，其特征在于，所述内核包括
(100
‑
x)Li2S
‑
xP2S5型固态电解质
、Li6‑
y
PS5‑
y
X
1+y
型固态电解质
、Li
11
‑
z
M2‑
z
P
1+z
S
12
型固态电解质，其中，0＜
x
＜
100
，优选为
20≤x≤35
，
0≤y
＜1，0＜
z
＜1，
X
＝
F、Cl、Br
或
I
，
M
＝
Ge、Sn
或
Si
的一种或多种
。3.
根据权利要求1或2所述的核壳结构的固态电解质，其特征在于，所述硫化物层的厚度为
5nm
‑
300nm
，优选为
20nm
‑
100nm
；优选地，所述核壳结构的固态电解质的比表面积为
280g/m2‑
600g/m2。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的核壳结构的固态电解质，其特征在于，所述核壳结构的固态电解质的离子电导率为
0.5ms/cm
‑
11.2ms/cm
；优选地，核壳结构的固态电解质的离子电导率维持率
≥80
％...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世奇，蒋杰，黄世界，张小飞，董成龙，岳敏，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：