一种硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法

本申请涉及锂离子电池领域，更具体地说，它涉及一种硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池因为其高能量密度、高容量等优点被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等领域。传统的锂离子电池使用液态电解质，但是液态电解质的闪燃点较低，在大电流放电、过度充电、内部短路等异常情况时可能导致电解质发热自燃，甚至引起爆炸等安全问题。固态锂离子电池使用了不可燃或不易燃的固态电解质代替传统锂离子电池中易燃的有机电解液，可以从根本上解决锂离子电池的安全问题。固态锂离子电池中使用的固态电解质在近年来成为研发焦点。

2、在众多的固态电解质中，硫化物电解质因其具有极高的室温离子电导率和可加工性能受到了广泛的关注。然而，硫化物电解质的空气稳定性差，硫化物电解质与空气中的水分反应而使得离子电导率下降。这是由于大多数硫化物电解质的中心离子p5+是一种硬酸，它更容易和空气或者水中的硬碱o2-发生反应，形成p-o键，由于o2-比s2-具有更强的电负性，使得锂离子运动受限，进而降低了硫化物电解质的离子电导率，另外，软碱s2-更容易与空气中的h+反应产生h2s气体。

3、因此，亟需一种空气稳定性好且离子电导率高的硫化物电解质。

技术实现思路

1、本申请提供了一种硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法，该硫化物电解质的空气稳定性好且离子电导率高。

2、为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：

3、第一方面，本申请提供了一种硫化物电解质的制备方法，所述制备方法包括：

4、将li2s、p2s5、as2s3、ges2、s、libr按照预设摩尔比混合得到第一中间产物；

5、将所述第一中间产物进行研磨得到第二中间产物；

6、将所述第二中间产物在预设温度下进行热处理预设时间得到所述硫化物电解质，所述硫化物电解质的分子式为li7-x-ypxasyge1-x-ys5br(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1)。

7、进一步的，所述硫化物电解质的晶体结构为硫银锗矿晶体结构。

8、进一步的，所述预设摩尔比为(6-x-y)/2∶x/2∶y/2∶(1-x-y)∶(1-x)∶1。

9、进一步的，所述研磨包括高能球磨。

10、进一步的，所述高能球磨的转速为450-550rpm。

11、进一步的，所述高能球磨的时间为16-30h。

12、进一步的，所述预设温度为520-570℃。

13、进一步的，所述预设时间为3-15小时。

14、第二方面，本申请还提供了一种硫化物电解质，所述硫化物电解质为上述的制备方法制得的硫化物电解质。

15、第三方面，本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极和位于正极和负极之间的电解质，所述电解质为上述的硫化物电解质。

16、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

17、本申请提供了一种硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法，通过在p位掺杂as元素和ge元素来提高硫化物电解质空气稳定性的同时保持其具有较高的离子电导率。具体的，as元素和ge元素为软酸，根据软硬酸理论，as元素、ge元素和s元素的结合更加稳定，避免了硫化物电解质中的s2-与空气中的h+反应产生h2s气体，因此，采用as元素、ge元素替代部分p元素可以提高硫化物电解质的空气稳定性。另外，ge元素具有较大的离子半径，通过掺杂较大离子半径的ge元素可以扩展离子传输通道，有利于锂离子的传输，进而可以提高硫化物电解质的离子电导率。

18、当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述硫化物电解质的晶体结构为硫银锗矿晶体结构。

3.根据权利要求1所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述预设摩尔比为(6-x-y)/2∶x/2∶y/2∶(1-x-y)∶(1-x)∶1。

4.根据权利要求1所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述研磨包括高能球磨。

5.根据权利要求4所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述高能球磨的转速为450-550rpm。

6.根据权利要求4所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述高能球磨的时间为16-30h。

7.根据权利要求1所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述预设温度为520-570℃。

8.根据权利要求1所述的硫化物电解质的制备方法，其特征在于，所述预设时间为3-15小时。

9.一种硫化物电解质，其特征在于，所述硫化物电解质为根据权利要求1至8任一项所述硫化物电解质的制备方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为权利要求9所述的硫化物电解质。

技术总结
本申请公开了一种硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法，所述制备方法包括：将Li<subgt;2</subgt;S、P<subgt;2</subgt;S<subgt;5</subgt;、As<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;、GeS<subgt;2</subgt;、S、LiBr按照预设摩尔比混合得到第一中间产物；将所述第一中间产物进行研磨得到第二中间产物；将所述第二中间产物在预设温度下进行热处理预设时间得到所述硫化物电解质，所述硫化物电解质的分子式为Li<subgt;7‑x‑</subgt;<subgt;y</subgt;P<subgt;x</subgt;As<subgt;y</subgt;Ge<subgt;1‑x‑y</subgt;S<subgt;5</subgt;Br(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1)。本申请提供的硫化物电解质、锂离子电池及其制备方法，通过在P位掺杂As元素和Ge元素来提高硫化物电解质空气稳定性的同时保持其具有较高的离子电导率。

技术研发人员：王硕,冯玉川,李峥,何泓材
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19