一种硫化物固态电解质材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及电解质材料技术领域，更具体地说，涉及一种硫化物固态电解质材料及其制备方法。


背景技术：

2.硫化物固态电解质室温下具有较高的离子导电率和较宽的电化学稳定窗口，是制备全固态电池中固态电解质的理想选择，和传统液态电解液相比，固态电解质具有不挥发、不易燃、不泄漏的优点，因此固态电池具有更宽的工作温度范围和更高的安全性。
3.对比传统液态锂离子电池，全固态锂电池在安全性、能量密度等诸多方面具备很大优势，而全固态锂电池还存在以下缺陷：
4.1、传输性与导电性一般，使用过程中稳定性不佳；
5.2、硫化物易与锂负极直接接触发生反应，与锂负极之间稳定性不佳。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种硫化物固态电解质材料及其制备方法，以克服背景技术缺陷。
7.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
8.一种硫化物固态电解质材料，包括内核、疏水分子层与包覆层，所述疏水分子层与包覆层由内至外包裹至内核的外侧。
9.作为上述技术方案的进一步描述：
10.所述内核为硫化物固态电解质颗粒，所述包裹层的材料为石墨烯纳米带，所述疏水分子层的材料为正十八烷基磷酸、正十六烷基磷酸或正十二烷基磷酸。
11.作为上述技术方案的进一步描述：
12.所述硫化物固态电解质颗粒选自玻璃相或陶瓷玻璃相的li2s-ges2、li2s-p2s5、li2s-sis2与li2s-mes2-p2s5。
13.本发明还提供了一种硫化物固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
14.s1、将疏水材料溶于一号有机溶液中，接着将硫化物固态电解质颗粒与静电吸附剂加入至有机溶液中，混合搅拌1至3h，超声分散1至5h，得到带正电荷的固态电解质基材料混合液，同时疏水材料在硫化物固态电解质颗粒的表面自组装形成分子层；
15.s2、将石墨烯纳米带在二号有机溶液中混合搅拌1至2h，超声分散5至12h成0.1至10mol/l的分散液，然后加入到s1中制得的固态电解质基材料混合液中，在50至1000hz频率条件下超声振荡1至5h，经固液分离收集沉淀物，再经30℃至80℃恒温真空干燥6至12h，得到包覆有疏水分子层的硫化物固态电解质材料；
16.s3、将s2中制得的干燥产物在500℃惰性气体中烧结2至4h，使包覆有疏水分子层的硫化物固态电解质材料外侧包裹有石墨烯纳米带，得到包覆有疏水分子层与石墨烯纳米带的复合材料。
17.作为上述技术方案的进一步描述：
18.所述固态电解质颗粒、静电吸附剂与一号有机溶液比例为1至10g∶3至30g∶300至3000ml，疏水分子层在一号有机溶液中的质量浓度处于10％至20％
19.作为上述技术方案的进一步描述：
20.所述静电吸附剂为聚二烯丙基二甲级氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶中的一种，所述有机溶液为乙二醇
21.作为上述技术方案的进一步描述：
22.所述s3中的烧结的升温速率为1至5℃/min，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
23.作为上述技术方案的进一步描述：
24.所述搅拌选自振动搅拌或超声搅拌中的一种，所述硫化物固态电解质颗粒的粒径为10nm至100um。
25.相比于现有技术，本发明的优点在于：
26.(1)本方案在硫化物固态电解质颗粒外侧包裹石墨烯纳米带，可提高导电性，又能约束其体积变化，大幅提高放电容量、充放电次数，搭配正十八烷基磷酸、正十六烷基磷酸或正十二烷基磷酸的包裹设置，使该材料在空气中具有良好的稳定性，另一方面，其防止了硫化物与锂负极直接接触发生反应，提高了其与锂负极的界面稳定性，且同时不影响硫化物固态电解质材料锂离子的传输性。
27.(2)本方案在石墨烯纳米带与硫化物固态电解质颗粒之间因制备失误、使用意外导致出现间隙时，疏水材料还是处于对硫化物固态电解质颗粒的包裹状态，其自身厚度较薄，不影响石墨烯纳米带进行作用的同时提升硫化物固态电解质颗粒的使用效果，使该材料使用寿命延长。
附图说明
28.图1为本发明的制备流程示意图；
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；
30.请参阅图1，本发明中，一种硫化物固态电解质材料，包括内核、疏水分子层与包覆层，疏水分子层与包覆层由内至外包裹至内核的外侧。
31.本发明中，采用内核、疏水分子层与包覆层为整个硫化物固态电解质材料主体。
32.其中：内核为硫化物固态电解质颗粒，包裹层的材料为石墨烯纳米带，疏水分子层的材料为正十八烷基磷酸、正十六烷基磷酸或正十二烷基磷酸。
33.本发明中，在硫化物固态电解质颗粒外侧包裹石墨烯纳米带，可提高导电性，又能约束其体积变化，大幅提高放电容量、充放电次数，搭配正十八烷基磷酸、正十六烷基磷酸或正十二烷基磷酸的包裹设置，使该材料在空气中具有良好的稳定性，另一方面，其防止了硫化物与锂负极直接接触发生反应，提高了其与锂负极的界面稳定性，且同时不影响硫化物固态电解质材料锂离子的传输性，且在石墨烯纳米带与硫化物固态电解质颗粒之间因制
备失误、使用意外导致出现间隙时，疏水材料还是处于对硫化物固态电解质颗粒的包裹状态，其自身厚度较薄，不影响石墨烯纳米带进行作用的同时提升硫化物固态电解质颗粒的使用效果。
34.其中：硫化物固态电解质颗粒选自玻璃相或陶瓷玻璃相的li2s-ges2、li2s-p2s5、li2s-sis2与li2s-mes2-p2s5。
35.本发明中，工作人员可根据熔融法、高能球磨法与液相法来预先制备硫化物固态电解质颗粒，根据硫化物固态电解质材料的制备需要来选择合适状态下的硫化物固态电解质颗粒。
36.本发明还提供了一种硫化物固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：
37.s1、将疏水材料溶于一号有机溶液中，接着将硫化物固态电解质颗粒与静电吸附剂加入至有机溶液中，混合搅拌1至3h，超声分散1至5h，得到带正电荷的固态电解质基材料混合液，同时疏水材料在硫化物固态电解质颗粒的表面自组装形成分子层；
38.s2、将石墨烯纳米带在二号有机溶液中混合搅拌1至2h，超声分散5至12h成0.1至10mol/l的分散液，然后加入到s1中制得的固态电解质基材料混合液中，在50至1000hz频率条件下超声振荡1至5h，经固液分离收集沉淀物，再经30℃至80℃恒温真空干燥6至12h，得到包覆有疏水分子层的硫化物固态电解质材料；
39.s3、将s2中制得的干燥产物在500℃惰性气体中烧结2至4h，使包覆有疏水分子层的硫化物固态电解质材料外侧包裹有石墨烯纳米带，得到包覆有疏水分子层与石墨烯纳米带的复合材料。
40.其中：固态电解质颗粒、静电吸附剂与一号有机溶液比例为1至10g∶3至30g∶300至3000ml，疏水分子层在一号有机溶液中的质量浓度处于10％至20％。
41.本发明中，根据疏水分子层在一号有机溶液中的质量浓度处于10％至20％，便于保证疏水材料的包裹效果，工作人员可根据制备需求与制备环境在合适范围下选择固态电解质颗粒、静电吸附剂与一号有机溶液的比例，便于提升制备效率与保证制备效果。
42.其中：静电吸附剂为聚二烯丙基二甲级氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶中的一种，有机溶液为乙二醇。
43.本发明中，工作人员可选择合适的静电吸附剂进行使用，便于帮助石墨烯纳米带进行包裹作业，采用选择乙二醇为主体的有机溶液进行使用，一方面便于疏水材料溶入，另一方面可在石墨烯纳米带进入后达到分散液效果，适用于两种材料，且在后期混合过程中不易产生意外反应。
44.其中：s3中的烧结的升温速率为1至5℃/min，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
45.本发明中，根据烧结的升温速率为1至5℃/min来保证石墨烯材料的烧结效果，搭配惰性气体来保证烧结过程中的温度。
46.其中，搅拌选自振动搅拌或超声搅拌中的一种，硫化物固态电解质颗粒的粒径为10nm至100μm。
47.本发明中，工作人员可根据自身需求来选择合适的搅拌方式对粒径为10nm至100μm的硫化物固态电解质颗粒进行加工。
48.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。