一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法

本发明属于锂离子电池材料，具体是涉及一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法。

背景技术：

0、技术背景

1、随着储能设备和电动汽车的快速发展，锂离子电池由于高的能量密度、能量转化效率及输出电压，被视为最有前景的储能技术之一，且已成为人们生活中不可缺少的一部分。但是现存的液态锂离子电池存在能量密度低、安全性差等问题，因此发展固态锂金属电池得到了广泛的关注。

2、为增强固态电解质的导电性以及安全性，多种无机固态电解质、聚合物电解质、复合电解质得到了广泛的研究，例如：石榴石型固态电解质、钠超离子导体型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、硫化物型固态电解质、反钙钛矿型固态电解质。当然，综合安全性、生产成本、稳定性等多方面因素，应用最多的还是石榴石型、钙钛矿型以及钠超离子导体型固态电解质，例如llzo(锂镧锆氧化物)、llzto(钛酸镧锆锂)、latp(磷酸钛铝锂)等。一方面，该类型的固态电解质具有较高的电化学稳定性和较高的锂离子电导率的特点，实现锂离子在固态电解质中的快速传导；另一方面，一这些固态电解质具有优良的热稳定性和力学性能，可有效的抑制锂金属表面在循环过程中出现的枝晶，提供电池的安全性能。

技术实现思路

1、为满足锂金属电池安全性、稳定性、大容量的要求，提供一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，所得材料具有高导电率，高稳定性并且在充放电过程中可以结构稳定。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、称取一定质量的锂源、钛源、铝源以及磷源、硫源、ph调节及等原料，并搅拌使各种原料充分溶解在去离子水中得到一个溶胶体系；再将该溶胶在60℃鼓风干燥箱中干燥得到白色块状固体，再将该固体研磨粉碎后放置于氩气环境的管式炉中先在280℃-320℃(优选300℃)退火3.5h-4.5h(优选4h)后继续升温至400℃-900℃烧结6h-10h，最后在氧气的氛围中保持780℃-820℃(优选800℃)退火0.8h-1.2h(优选1h)得到该含硫的钠超离子导体固态电解质(latsp)。

4、更优的，所述的含硫的钠超离子导体固态电解质通过溶胶凝胶-较低温度烧结的办法，使各原材料通过化学键结合为稳定的晶体材料。

5、更优的，所述的所述的硫源为硫酸钛、硫酸铵、过硫酸铵中的至少一种。

6、更优的，所述的钛源为二氧化钛、硫酸钛以及钛酸四异丁酯中的至少一种。

7、更优的，所述的ph调节剂为苹果酸、醋酸、柠檬酸中的至少一种。

8、其他原料如锂源、铝源、磷源采用本领域允许的任意物质均可。

9、更优的，所述的烧结温度为700℃-900℃；所述的烧结时间为7h-10h。

10、本发明开发了一种含硫取代磷位掺杂的的钠超离子导体固态电解质材料，其合成方法利用烧结将锂源、钛源、铝源以及磷源、硫源在高温反应结合为一个稳定的晶体。一方面，硫离子的存在可以通过相对弱的s-li键提高锂离子的电导率。另一方面，含硫的固态电解质可以在锂和正极表面形成含硫的无机硫化锂固体电解质界面(sei)、正极电解质界面(cei)，提高工作正极材料和锂金属负极在电池循环过程中的稳定性。

11、采用上述方法合成的含硫的钠超离子导体固态电解质(latsp)，其化学通式为li1.3al0.3ti1.7pxs15-5xo12 (0＜x＜1)。

12、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

13、1、制备的产物相对于纯latp固态电解质的锂离子电导率更好，稳定性更好，适用于全固态锂金属电池的应用；

14、2、制备合成过程使用温度较低、耗能少，适用于大批量制备；

15、3、制备合成过程周期短、产量高、产品纯度较高。

技术特征：

1.一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，其特征在于：所述的硫源为硫酸钛、硫酸铵、过硫酸铵中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，其特征在于：所述的钛源为二氧化钛、硫酸钛以及钛酸四异丁酯中的至少一种。

4.如权利要求1所述的一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，其特征在于：所述的ph调节剂为苹果酸、醋酸、柠檬酸中的至少一种。

5.如权利要求1所述的含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：

6.权利要求1至5任意一项所述方法制备得到的一种含硫的钠超离子导体固态电解质。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，具体为一种含硫的钠超离子导体固态电解质的合成方法。含硫固态电解质含有效成分为钠超离子导体固态电解质，其制备方法是：称取一定质量的锂源、钛源、铝源以及磷源、硫源等原料，并搅拌使各种原料充分溶解在去离子水中溶胶；再将该溶胶在60℃鼓风干燥箱中干燥得到白色块状固体，再将该固体研磨粉碎后放置于氩气环境的管式炉中先300℃退火4h后继续升温至400℃‑900℃烧结一定时间，最后在氧气的氛围中800退火1h得到改含硫的钠超离子导体固态电解质。本发明所公开的制备方法具有合成周期短，合成温度较低以及稳定性高等优点，且所合成的固态电解质满足电池大容量和稳定性高的要求，适用于高能量密度锂离子电池。

技术研发人员：谭龙,周焱敏,涂少波,姜兴未,赖俊宝,周鹏伟,林腾飞,张蕾
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1