硫化物类固体电解质、其制备方法以及包含其的固态电池技术

技术编号：40948522 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-18 20:22

本发明专利技术旨在提供一种具有改善的离子电导率的硫化物类固体电解质、制备该硫化物类固体电解质的方法以及包含该硫化物类固体电解质的固态电池。本发明专利技术提供了一种硫化物类固体电解质，其含有第12族元素、具有硫银锗矿型晶体结构、并且由化学式Li<subgt;7‑x‑2y</subgt;M<subgt;y</subgt;PS<subgt;6‑x</subgt;Ha<subgt;x</subgt;表示，其中M表示选自第12族元素的至少一种元素，Ha为选自卤素元素的至少一种元素，并且x和y满足条件1.0<x<2.5和0<y<0.45。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本公开涉及硫化物类固体电解质、制备硫化物类固体电解质的方法以及包含硫化物类固体电解质的固态电池。本申请要求2022年6月10日在日本提交的日本专利申请2022-094403号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术介绍

1、为了提供具有高安全性、长使用寿命和高能量密度的电池，已经开发了使用固体电解质替代锂离子电池的液体电解质的固态电池。在诸多类型的固体电解质中，硫化物类固体电解质(例如li10gep2s12)具有接近于液体电解质的离子电导率的高离子电导率并且质地柔软，因此其优势在于它容易获得与活性材料的紧密粘合性。因此，使用硫化物类固体电解质的固态电池有望实现商业化。

2、由于锂金属单位体积重量低且理论容量高，从而可以提高单位重量的能量密度(wh/kg)，因此作为固态电池的负极材料受到了广泛关注。然而，硫化物类固体电解质(例如li10gep2s12)对锂金属的稳定性较低，因此存在难以与锂金属负极一起使用的问题。

3、为了解决该问题，专利文献1-3公开了对锂金属稳定的具有由化学式li7-x-2yps6-x-yclx表示的硫银锗矿型晶体结构的硫化物类固体电解质。专利文献4公开了一种通过精确控制具有由li10gep2s12表示的晶体结构的硫化物类固体电解质的组成来改善对锂金属的稳定性的硫化物类固体电解质。

4、然而，根据相关技术，存在硫化物类固体电解质具有较低的离子电导率的问题。

5、[参考文献]

6、[专利文献]

7、专利文献1:日本专利公开5873533号

8、专利文献2:日本专利申请特开2018-45997号

9、专利文献3:日本专利申请特开2018-203569号

10、专利文献4:日本专利申请特开2016-27545号

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本公开旨在解决相关技术的问题，因此本公开的目的在于提供具有改善的离子电导率的硫化物类固体电解质、制备硫化物类固体电解质的方法以及包含硫化物类固体电解质的固态电池。

3、[技术方案]

4、在本公开的一个方面，提供了一种硫化物类固体电解质，其含有第12族元素，具有硫银锗矿型晶体结构，且由化学式li7-x-2ymyps6-xhax表示，其中m表示选自第12族元素的至少一种元素，ha为选自卤素元素的至少一种元素，x和y满足条件1.0<x<2.5和0<y<0.45。

5、根据一个实施方式，y可以满足条件0<y<0.25。

6、根据另一个实施方式，x可以满足条件1.3≤x≤2.0。

7、根据又一个实施方式，x可以满足条件1.3≤x≤1.8。

8、根据又一个实施方式，m可以是zn。

9、根据又一个实施方式，ha可以包括br。

10、在本公开的另一方面，提供了一种制备上述实施方式中任一项所限定的硫化物类固体电解质的方法，所述方法包括以下步骤：

11、混合锂源、第12族元素源、磷源、硫源和卤素源以获得混合物；以及

12、在250℃至600℃的温度下对混合物进行烧制。

13、在本公开的又一方面，提供了一种包含正极、负极和固体电解质膜的固态电池，其中该固体电解质膜包含上述实施方式中任一项所限定的硫化物类固体电解质。

14、[有益效果]

15、本公开能够提供具有改善的离子电导率的硫化物类固体电解质、制备硫化物类固体电解质的方法以及包含硫化物类固体电解质的固态电池。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种硫化物类固体电解质，其含有第12族元素，具有硫银锗矿型晶体结构，并且由化学式Li7-x-2yMyPS6-xHax表示，其中M表示选自第12族元素的至少一种元素，Ha为选自卤素元素的至少一种元素，并且x和y满足条件1.0<x<2.5和0<y<0.45。

2.如权利要求1所述的硫化物类固体电解质，其中，y满足条件0<y<0.25。

3.如权利要求1所述的硫化物类固体电解质，其中，x满足条件1.3≤x≤2.0。

4.如权利要求1所述的硫化物类固体电解质，其中，x满足条件1.3≤x≤1.8。

5.如权利要求1至4中任一项所述的硫化物类固体电解质，其中，M是Zn。

6.如权利要求5所述的硫化物类固体电解质，其中，Ha包括Br。

7.一种制备如权利要求1所述的硫化物类固体电解质的方法，其包含以下步骤：

8.一种固态电池，其包含正极、负极和固体电解质膜，其中，所述固体电解质膜包含权利要求1所述的硫化物类固体电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种硫化物类固体电解质，其含有第12族元素，具有硫银锗矿型晶体结构，并且由化学式li7-x-2ymyps6-xhax表示，其中m表示选自第12族元素的至少一种元素，ha为选自卤素元素的至少一种元素，并且x和y满足条件1.0<x<2.5和0<y<0.45。

2.如权利要求1所述的硫化物类固体电解质，其中，y满足条件0<y<0.25。

3.如权利要求1所述的硫化物类固体电解质，其中，x满足条件1.3≤x≤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：成松荣一郎，池野元骏，松原惠子，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：

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