CN111816911A - 一种采用纳米晶Li2S制备硫化物电解质的方法 - Google Patents

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关会兰
李学磊
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Abstract

一种采用纳米晶Li2S制备硫化物电解质的方法，步骤如下：(1)将纳米晶硫化锂与五硫化二磷原材料在真空干燥箱内烘干，干燥温度为50～100℃，时间为6～20h。(2)在惰性气氛下，按照摩尔百分比计算出的质量分别称取干燥后的原材料，在研钵中研磨20～60min，在惰性气氛下，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，快速降温后将粉体从高压反应釜取出，即得到硫化物固体电解质。原材料摩尔百分比为xLi2S∶(100‑x)P2S5，其中x＝65mol％到x＝80mol％。本发明中所制备的硫化物电解质批次重现性好、离子导电性高，且工艺简单、易于工业化实施。

Description

一种采用纳米晶Li2S制备硫化物电解质的方法
技术领域
本发明属于固体电解质领域，具体涉及一种可用于全固态锂离子电池的无机固体电解质材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着电动汽车产业以及规模储能领域的兴起，对锂离子电池的性能提出了更高的要求，不仅需要锂离子电池具有高的能量密度和功率密度，还需其具有安全性能高、使用寿命长等特点。传统使用有机液体体系的电解质已经不能满足储能设备对高能量密度、高功率密度、高安全性及使用寿命长等要求。而固体电解质有望实现以上这些要求，从而满足日益发展的各种储能设备的需求。目前，在固态电解质中，基于Li2S-P2S5体系的硫化物固体电解质电导率较高，甚至在25℃时其离子电导率与目前使用的液体电解质相媲美。这种硫化物基固体电解质主要是由硫化锂、五硫化二磷及添加剂混合后通过高能球磨法和后期热处理制备的。从这些常规方法中得到的固体电解质表现出优异的锂离子电导率，但是现有制备方法有球磨周期长，纯度不高，耗能高，成本高等缺点，部分制备方法还要使用溶剂，经过固液分离过程效率较低，成本较高，且溶剂有毒有害，价格昂贵难以实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是发展一种新型的操作简单、高效、环境友好、低成本、易于工业化生产、适用于全固态锂离子电池的具有高离子电导率固体电解质的制备方法。
本发明的技术方案：
一种采用纳米晶Li2S制备硫化物电解质的方法，步骤如下：
1)将纳米晶硫化锂与五硫化二磷原材料在真空干燥箱内烘干；
2)在惰性气氛保护下，按照摩尔百分比计算出的质量分别称取干燥后的原材料，在研钵中研磨20～60min；
3)在惰性气氛下，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，快速降温后将粉体从高压反应釜取出，即得到硫化物固体电解质。
4)进一步地，所述步骤(1)中纳米晶硫化锂颗粒大小为10-100nm。
5)进一步地，所述步骤(1)中纳米晶硫化锂与五硫化二磷粉体原材料的纯度均不低于95％。
6)进一步地，所述步骤(1)中纳米晶硫化锂与五硫化二磷粉体材料经过真空干燥箱干燥，干燥温度为50～100℃，干燥时间为6～20h。
7)进一步地，所述步骤(2)中，原材料摩尔为百分比xLi2S：(100-x)P2S5，其中x＝65mol％到x＝80mol％。
8)进一步地，所述步骤(3)中，烧结气氛为氩气。
9)进一步地，所述步骤(3)中，烧结温度为200～300℃，烧结时间为1～6h。
10)进一步地，所述步骤(3)中，降温方式为利用低温烘箱，设置程序，以10-30℃/min的速度快速降温。
本发明的优点是：本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：(1)本发明中所制备的硫化物固体电解质批次重现性好且离子导电性高；(2)利用纳米晶硫化锂作为原料制备硫化物体系的固态电解质成本低、效率高；(3)制备硫化物固体电解质无液体，无需经过固液分离过程，环境友好，易于工业化实施。
附图说明
图1是本发明65Li2S-35P2S5固态电解质在25℃下的奈奎斯特图。
图2是本发明70Li2S-30P2S5固态电解质在25℃下的奈奎斯特图。
图3是本发明80Li2S-20P2S5固态电解质在25℃下的奈奎斯特图。
具体实施方式
本发明提供了一种可用于全固态锂离子电池采用纳米晶Li2S制备硫化物固体电解质的方法，下面对具体实施方法对本发明做进一步说明。
实施例1：
将纳米晶硫化锂(20nm)与五硫化二磷原材料在100℃真空干燥箱内烘干10h。在氩气气氛保护下将5.558g纳米晶硫化锂和14.442g五硫化二磷在研钵中研磨20min，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，烧结温度为200℃，烧结时间为6h。利用低温烘箱，设置程序，以10℃/min的速度快速降温。快速降温后将粉体从高压反应釜取出，即得到65Li2S-35P2S5硫化物固体电解质。
实施例2：
将纳米晶硫化锂(40nm)与五硫化二磷原材料在75℃真空干燥箱内烘干15h。在氩气气氛保护下将6.508g纳米晶硫化锂和13.492g五硫化二磷在研钵中研磨40min，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，烧结温度为250℃，烧结时间为4h。利用低温烘箱，设置程序，以20℃/min的速度快速降温。降温后将粉体从高压反应釜取出，即得到70Li2S-30P2S5硫化物固体电解质。
实施例3：
将纳米晶硫化锂(80nm)与五硫化二磷原材料在60℃真空干燥箱内烘干20h。在氩气气氛保护下将9.064g纳米晶硫化锂和10.936g五硫化二磷在研钵中研磨60min，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，烧结温度为300℃，烧结时间为2h。利用低温烘箱，设置程序，以30℃/min的速度快速降温。降温后将粉体从高压反应釜取出，即得到80Li2S-20P2S5硫化物固体电解质。

Claims (7)

1.一种采用纳米晶Li2S制备硫化物电解质的方法，其特征在于，步骤如下：
1)将纳米晶硫化锂与五硫化二磷原材料在真空干燥箱内烘干；
2)在惰性气氛保护下，按照摩尔百分比计算出的质量分别称取干燥后的原材料，在研钵中研磨20～60min；
3)在惰性气氛下，将混合后的粉体转移到高压反应釜中使用马弗炉进行烧结，此后将粉体从高压反应釜取出，即得到硫化物固体电解质。
2.如权利要求1所述的硫化物固体电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中纳米晶硫化锂颗粒大小为10-100nm。
3.如权利要求1所述的硫化物固体电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中纳米晶硫化锂纯度不低于95％。
4.如权利要求1所述步骤(2)中，原材料摩尔为百分比xLi2S∶(100-x)P2S5，其中x＝65mol％到x＝80mol％。
5.如权利要求1所述步骤(3)中，将粉体密封的装置为高压反应釜。
6.如权利要求1所述步骤(3)中，烧结温度为200～300℃，烧结时间为1～6h。
7.如权利要求1所述步骤(3)中，降温方式为利用低温烘箱，设置程序，降温速度为10-30℃/min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113437357A (zh) * 2021-07-27 2021-09-24 中汽创智科技有限公司 一种固体电解质的制备方法

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