固体电解质以及包含其的固态电池的制作方法

本发明涉及一种固态电池。更具体地，本发明涉及一种氧硫化物固体电解质，其中常规硫化物固体电解质的阴离子被氧部分取代以提高离子电导率和水分稳定性，并且涉及包含该氧硫化物固体电解质的固态电池。

背景技术：

1、随着对电动车辆和大容量电力存储设备的需求增加，已经开发了各种电池来满足日益增长的需求。

2、在各种二次电池中，锂二次电池由于其优异的能量密度和输出特性而被广泛商业化。主要用作锂二次电池的是包括含有有机溶剂的液体型电解质的锂二次电池(在下文称为“液体型二次电池”)。

3、然而，液体型二次电池中的液体电解质本身是易燃材料，因此当被内部和外部冲击等损坏时存在着火的风险。为了解决液体型二次电池的此类问题，使用具有优异稳定性的固体电解质的锂二次电池(在下文称为“固态电池”)备受关注。

4、具有软粉末的硫化物类固体电解质即使在室温下加压而没有烧结过程时，颗粒之间也具有优异的接触特性。与氧化物类固体电解质相比，硫化物类固体电解质具有低的接触电阻并且可表现出高的离子电导率，备受关注。

5、然而，硫化物类固体电解质的化学稳定性相对低于氧化物类固体电解质，因此固态电池的运行不稳定。即，硫化物类固体电解质由于诸如残留l2s或结构中包含的p2s7交联硫等各种因素而很可能与大气中的水分或过程中引入的水分发生反应。正因为如此，硫化物类固体电解质可能通过与水分反应而产生硫化氢(h2s)气体，因此在氩气气氛手套箱或去除水分的干燥室中处理。另外，硫化物类固体电解质与水分的高反应性和硫化氢气体的产生导致制造过程中的问题，例如离子电导率降低。

6、像这样，硫化物类固体电解质需要繁琐的处理条件，因此它在大面积和大量生产使用硫化物类固体电解质的固态电池的制造加工性方面充当不利因素。

7、[相关技术文献]

8、[专利文献]

9、(专利文献1)韩国专利公开号2019-0079135(2019年7月5日公布)

技术实现思路

1、技术问题

2、因此，本发明的目的是提供一种具有高的离子电导率且在大气的水分环境中稳定性优异的含有氧硫化物类化合物的固体电解质以及包含该固体电解质的固态电池。

3、本发明的另一个目的是提供一种暴露于大气时能够减少硫化氢(h2s)气体的产生量的含有氧硫化物类化合物的固体电解质以及包含该固体电解质的固态电池。

4、本发明的又一个目的是提供一种即使在暴露于大气后也能够抑制离子电导率降低的含有氧硫化物类化合物的固体电解质以及包含该固体电解质的固态电池。

5、技术方案

6、为了实现上述目的，本发明提供一种固态电池用固体电解质，其包含以下化学式表示的氧硫化物类化合物。

7、[化学式]

8、liambpcsdoexf

9、(5≤a≤7，0<b≤1，0≤c<1，2.5≤d≤5，0<e≤2并且1<f≤1.5，

10、m是选自由si、ti、ta、nb、as、sb、sn和al组成的组中的一种或多种，并且

11、x是选自由cl、br、i和f组成的组中的一种或多种。)

12、氧硫化物类化合物包括硫银锗矿晶体结构。

13、m是si，并且x包括cl并且可选地进一步包括br。

14、cl的含量可高于br的含量。

15、氧硫化物类化合物的晶格常数随着cl的含量恒定和br的含量增加而增加。

16、当x是cl时，氧硫化物类化合物的晶格常数随着cl的含量增加而降低。

17、在上文中，a、b、c、d和e可分别为5.6≤a≤6、0.1≤b≤0.3、0.7≤c<1、4≤d≤5、0<e≤0.6，以及1<f≤1.5。

18、硫化氢气体的产生量随着x的含量增加而减少。

19、与li6.1si0.1p0.9s4.8o0.2cl的固体电解质相比，氧硫化物类化合物的活化能更低。

20、氧硫化物类化合物可具有0.34至0.41ev的活化能。

21、与li2mbpc1sdoex(0≤c1≤1)的固体电解质相比，氧硫化物类化合物在暴露于大气后的离子电导率更高。

22、氧硫化物类化合物的离子电导率在室温下暴露于大气前为1.54至2.58ms/cm，暴露于大气后为0.49至0.97ms/cm。

23、另外，本发明提供一种固态电池，其包含上述化学式表示的氧硫化物类化合物。

24、有利效果

25、本发明的含有氧硫化物类化合物的固体电解质可以提供在大气的水分环境中优异的稳定性和提高的离子电导率。另外，可以改善活化能从而提供提高的离子电导率。

26、本发明的含有氧硫化物类化合物的固体电解质由于提高了水分稳定性，即使暴露于大气时也可以减少硫化氢(h2s)气体的产生量。因此，本发明的固体电解质即使在暴露于大气后也可以抑制离子电导率的降低。

技术特征：

1.一种固态电池用固体电解质，其包含以下化学式表示的氧硫化物类化合物，

2.如权利要求1所述的固体电解质，其中所述氧硫化物类化合物包括硫银锗矿晶体结构。

3.如权利要求1所述的固体电解质，其中m是si，并且

4.如权利要求3所述的固体电解质，其中cl的含量高于br的含量。

5.如权利要求4所述的固体电解质，其中x包括cl和br，并且

6.如权利要求1所述的固体电解质，其中当x是cl时，所述氧硫化物类化合物的晶格常数随着cl的含量增加而降低。

7.如权利要求1所述的固体电解质，其中a、b、c、d和e分别为5.6≤a≤6、0.1≤b≤0.3、0.7≤c<1、4≤d≤5、0<e≤0.6，以及1<f≤1.5。

8.如权利要求1所述的固体电解质，其中与li2mbpc1sdoex、0≤c1≤1的固体电解质相比，所述氧硫化物类化合物在暴露于大气后的离子电导率更高。

9.一种固态电池，其包含以下化学式表示的氧硫化物类化合物，

技术总结
本发明涉及：通过活化能改善而具有良好的水分稳定性和离子电导率的固体电解质；以及包含该固体电解质的固态电池。本发明提供一种固态电池用固体电解质，其包含以下化学式表示的氧硫化物类化合物。[化学式]Li<subgt;a</subgt;M<subgt;b</subgt;P<subgt;c</subgt;S<subgt;d</subgt;O<subgt;e</subgt;X<subgt;f</subgt;(5≤a≤7，0<b≤1，0≤c<1，2.5≤d≤5，0<e≤2，1<f≤1.5，M是选自由Si、Ti、Ta、Nb、As、Sb、Sn和Al组成的组中的至少一种，X是选自由Cl、Br、I和F组成的组中的至少一种)。

技术研发人员：赵祐奭,金敬洙,刘智相,郑求轸,朴建镐
受保护的技术使用者：韩国电子技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13