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硫化物固态电解质、制备方法及全固态锂离子电池

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-18 16:05:34

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-10-31 11:12:12
本申请提供的硫化物固态电解质的制备方法,根据硫化物固态电解质的化学式,获取除硫外的其他对应物质的比例;将对应的物质叠层设置并进行压缩处理,得到固态合金;将所述固态合金进行硫化处理,得到所述硫化物固态电解质样品;将所述硫化物固态质电解样品进行退火处理,得到所述硫化物固态电解质,本申请上述实施例制备得到的Li4SnS4,相对于传统的固态电解质具有更好的离子电导率,其离子电导率达到了3.5*10(‑4)S cm(‑1),与其它硫系固态电解质相比具有十分优良的空气稳定性,且对该固态电解质做M金属参杂可以显著提高其离子电导率,上述制备方法,易于工艺放大,同时金属硫化反应活性高,容易产生相应的硫化物,大幅降低了了硫化物固态电解质制备的成本,缩短了生产周期,使li4SnS4大规模产业化成为可能。
1.一种硫化物固态电解质的制备方法,其特征在于,包括下述步骤: 根据硫化物固态电解质的化学式,获取除硫外的其他对应物质的比例; 将对应的物质叠层设置并进行压缩处理,得到固态合金; 将所述固态合金进行硫化处理,得到所述硫化物固态电解质样品; 将所述硫化物固态质电解样品进行退火处理,得到所述硫化物固态电解质。 2.如权利要求1所述的硫化物固态电解质的制备方法,其特征在于,在根据硫化物固态电解质的化学式,获取对应物质的比例的步骤中,所述硫化物固态电解质的化学式为li4SnS4的化学式,获取Li和Sn原子比为4:1的比例。 3.如权利要求1所述的硫化物固态电解质的制备方法,其特征在于,使用的Sn原子来源于锡箔或者是锡基合金箔,合金包括锡锑合金,锡镧合金,所述Li原子来源于锂带。

传统的锂离子电池无论从能量密度还是安全性的角度都不能满足当前的需求,因此探索性能更加优异的电池体系迫在眉睫。全固态电池,因为电解质是固体,大幅提高了电池的安全性。目前常用的固态电解质主要有LiPON、Li2SiO3,Li7La3Zr2O12等。但目前应用的固体电解质室温离子电导率都较低,且制备速率普遍较慢。难以取代市面上的液态电解质电池,在室温离子电导率为提高到理想效果之前,难以得到大规模商用。硫化物固体电解质具有高离子电导率和低晶界电阻的特点,然而,它们大多在空气中稳定性差,根据软硬酸碱理论表明:Li4

SnS4具有非常好的空气稳定性,不与空气反应释放出剧毒硫化氢气体。此外,在Li4SnS4-Li3SbS4体系中可以形成固溶体Li4-xSbxSn1-xS4。在该体系中,Li3.8Sb0.2Sn0.8S4的离子电导率最高,达到3.5*10(-4)S cm(-1),是Li4SnS4的5倍。高温粉末烧结法是目前制备Li4SnS4固态电解质的主要方法之一,然而该方法使用性质不稳定的,价钱昂贵的硫化锂和硫化锡以及硫粉作为合成原料,其中硫化锂在空气中极易发生潮解释放出硫化氢气体,制备过程包括了长时间的机械球磨和长时间的高温烧结。

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本申请采用上述技术方案,其有益效果如下:

本申请提供的硫化物固态电解质的方法,根据硫化物固态电解质的化学式,获取除硫外的其他对应物质的比例;将对应的物质叠层设置并进行压缩处理,得到固态合金;将所述固态合金进行硫化处理,得到所述硫化物固态电解质样品;将所述硫化物固态质电解样品进行退火处理,得到所述硫化物固态电解质,本申请上述实施例制备得到的Li4SnS4,相对于传统的固态电解质具有更好的离子电导率,其离子电导率达到了3.5*10(-4)S cm(-1),与其它硫系固态电解质相比具有十分优良的空气稳定性,且对该固态电解质做M金属参杂可以显著提高其离子电导率,上述制备方法,易于工艺放大,同时金属硫化反应活性高,容易产生相应的硫化物,大幅降低了了硫化物固态电解质制备的成本,缩短了生产周期,使li4SnS4大规模产业化成为可能。

技术合作

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