【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种固态电解质及其制备方法及电池。
技术介绍
1、随着全球经济的快速发展，气候变化与环境问题日益凸显。减少碳排放以应对气候变化逐步成为全球共识。基于此，我国以调整能源结构为基础，对各产业制定了碳中和实现路径，力图通过能源结构及产业结构调整来实现全面碳中和。其中电动汽车被公认为主要的碳减排手段而迎来重大发展机遇。而锂离子电池由于具有高比能量、循环寿命长等优点被广泛应用于电动汽车与储能行业。但近年来由于锂电池爆炸事故频发，锂电池安全问题广泛引起人们的关注。这也是新能源行业最为重视亟待解决的关键点。现有电动车的续航里程也有待进一步提高。以固态电解质取代现有锂电池里的液态电解质有望解决电动汽车的“里程焦虑”与安全隐患等问题。
2、一方面，传统锂离子电池通常使用碳酸乙烯、碳酸二乙酯等有机液体电解质，此类电解液易燃、易爆、易泄露、易引发热失控等安全性问题，而且通常毒性较高，对环境造成负面影响。另一方面，液态电解质与锂金属电极不兼容，极大地限制了锂离子电池能量密度的提升空间。相比较于液态电解质，固态电解质具有高安全性、可能与锂金属电极兼容、工作温度范围宽等特点。首先，固态电解质材料一般燃点很高，甚至不可燃，自身的安全性可以得到保证；其次，固态电解质拥有良好的机械性能，具有抑制金属锂在应用时的缺陷-锂枝晶的形成，也就是说在大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路，这进一步减少了正负极接触的可能性，提高了电池的安全性。再次，金属锂电极的使用使锂电池的能量密度得到极大提升；另外，固态电解质使得电池
3、固态电解质发展路径主要分为三种：氧化物型、硫化物型以及聚合物型固态电解质。其中硫化物型固态电解质离子电导率最高，且颗粒较软，只需简单的粉末冷压就可以达到液态电解质的水平，但其存在电化学稳定窗口窄(<0.5v)，空气稳定性及界面稳定性差等特点，限制了此类型固态电解质的广泛应用。
技术实现思路
1、本申请提供了一种固态电解质及其制备方法及电池，该固态电解质兼顾有较高的锂离子电导率以及良好的对锂金属兼容性，具有巨大的应用前景。
2、本申请的实施例是这样实现的：
3、在第一方面，本申请示例提供了一种固态电解质，固态电解质的化学通式为(li2-maxa)(ytzs□1-t-s)；
4、其中，x代表价态或平均价态为m的阳离子，x选自h+、na+、k+、mg2+、ca2+、sr2+、y3+、la3+、sc3+、zn2+、ti4+、zr4+、b3+、al3+、ga3+、c4+、si4+、ge4+中的一种或多种，0≤a<2/m；
5、y选自s2-、o2-、se2-中的一种或多种，且0<t<1；
6、z选自n3-、p3-、as3-中的一种或多种，且0<s<2/3；
7、□代表阴离子空位，且t+s<1，2t+3s＝2。
8、本申请提供的固态电解质，利用将z元素掺杂进li2y，产生y空位(即在晶体结构中y原子的位置上缺失原子，形成了空位)，形成晶格常数更小的固溶体，从而缩小锂离子扩散距离，获得具有锂离子电导率高、电化学稳定性能理想的固态电解质。
9、在一些实施例中，y选自s2-，z选自n3-。
10、在一些实施例中，当y为s2-，z为n3-，a＝0时，固态电解质的化学式为li2s1-1.5sns□0.5s，其中0<s<2/3。
11、可选地，固态电解质为：li2s0.925n0.05□0.025、li2s0.85n0.1□0.05、li2s0.55n0.3□0.15或li2s0.25n0.5□0.25。
12、在一些实施例中，当x为mg2+，y为s2-，z为n3-时，固态电解质的化学式为li2-2amgas1-1.5sns□0.5s，其中0<a<1，0<s<2/3。
13、可选地，固态电解质为：li1.8mg0.1s0.85n0.1□0.05、limg0.5s0.55n0.3□0.15或li0.4mg0.8s0.25n0.5□0.25。
14、在第二方面，本申请示例提供了一种本申请第一方面提供的固态电解质的制备方法，其包括：
15、按照化学通式(li2-maxa)(ytzs□1-t-s)配取原料并混合，压制成型，获得压坯；
16、将压坯在温度为400-1200℃，压力为0.5-5gpa的条件下进行高温高压反应至少10min，得到固态电解质。
17、本申请提供的制备方法，具有反应时间短、操作方便、制备技术简单的优势，通过高温高压条件改变材料的热力学稳定性，有利于促进反应向体系总体积减小的方向进行，将z元素掺杂进li2y，产生y空位(即在晶体结构中的y原子位置上缺失原子，形成了空位)，形成晶格常数更小的li-z-y固溶体，缩小了锂离子扩散距离，获得具有锂离子电导率高、电化学稳定性能理想的固态电解质。
18、在一些实施例中，高温高压反应的时间为10-100min。
19、在一些实施例中，高温高压反应的压力为1-5gpa，和/或，高温高压反应的温度为800-1200℃。
20、在一些实施例中，混合包括球磨混合，球磨混合中球料重量比为15:1-30:1，球磨罐的转速为300-500rpm，球磨的时间为6-10h。
21、在一些实施例中，压制成型为在60-100mpa保压1-5min。
22、在第三方面，本申请示例提供了一种电池，其包括本申请第一方面提供的固态电解质。
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1.一种固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的化学通式为(Li2-maXa)(YtZs□1-t-s)；
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，Y选自S2-，Z选自N3-。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，当Y为S2-，Z为N3-，a＝0时，所述固态电解质的化学式为Li2S1-1.5sNs□0.5s，其中0<s<2/3；
4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，当X为Mg2+，Y为S2-，Z为N3-时，所述固态电解质的化学式为Li2-2aMgaS1-1.5sNs□0.5s，其中0<a<1，0<s<2/3；
5.如权利要求1-4任意一项所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温高压反应的时间为10-100min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高温高压反应的压力为1-5GPa，和/或，所述高温高压反应的温度为800-1200℃。
8.根据权利要求6所述
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型为在60-100MPa保压1-5min。
10.一种电池，其特征在于，其包括权利要求1-5任意一项所述的固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的化学通式为(li2-maxa)(ytzs□1-t-s)；
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，y选自s2-，z选自n3-。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，当y为s2-，z为n3-，a＝0时，所述固态电解质的化学式为li2s1-1.5sns□0.5s，其中0<s<2/3；
4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，当x为mg2+，y为s2-，z为n3-时，所述固态电解质的化学式为li2-2amgas1-1.5sns□0.5s，其中0<a<1，0<s<2/3；
5.如权利要求1-4任意一项所述的固态电解质...
【专利技术属性】
技术研发人员：王李平，邹嘉玲，朱金龙，韩松柏，王培，赵予生，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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