一种化合物及其制备方法和作为固态电解质的应用

本申请涉及硫化物固态电解质领域，且特别涉及一种化合物及其制备方法和作为固态电解质的应用。

背景技术：

1、传统锂二次电池使用的液态电解液具有高度可燃性，为了保证电池的安全性，需要使用不可燃的，高安全的固态电解质。

2、固体电解质主要包括聚合物电解质、硫化物电解质、氧化物电解质和氯化物电解质。其中硫化物电解质具有高的室温离子电导率，为10-3s/cm左右。

3、硫化物固态电解质虽然有较高的室温离子电导率和良好的界面相容性，但是目前的硫化物固态电解质与金属锂或者4.2v以上运行的固态电池内，不够稳定。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种，新型固态硫化物基锂离子(li+)导体，此固态离子电解质具有特定的化学组成，这些化学组成通过特定的晶体键、无定形键或其组合进行排列和/或键合。同时，本申请也提供这些固态硫化物基li+电解质制备方法，包括某些退火方法。

2、本申请的另一目的在于提供一种新型固态硫化物基锂离子(li+)导体的制备方法。在一些实施例中，本申请所述特定退火方法(即反应的温度时间)影响这些固态硫化物基锂离子导体的大部分化学组成、表面化学组成、化学结构(如键类型和排列)、结晶度、稳定性和电导率以及这些固态硫化物基锂离子导体的其他特性。在一些实施例中，本申请所述固态电解质导体基本上由锂、磷、硫、氯和氟组成。在某些的这些实施例中，本申请所述固态电解质导体是半无定型的。

3、根据本申请的一个方面，提供一种化合物，所述化合物的化学式为li6-aps5-aclfa；

4、其中0≤a≤2，且a为有理数；

5、其中所述化合物呈电中性。

6、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的化合物的制备方法，包括以下步骤：

7、将含有硫化锂、五硫化二磷、氯化锂和氟化锂的原料球磨混合，反应，得到所述化合物。

8、所述硫化锂、五硫化二磷、氯化锂和氟化锂中的锂元素、磷元素、硫元素和氟元素的摩尔比与上述的化学式中的原子比相对应。

9、所述球磨混合的球料比为(5～40)：1；

10、可选地，所述球磨混合的球料比为5：1、10：1、15：1、20：1、25：1、30：1、35：1、40：1中的任意值或任意两者之间的范围值。

11、所述球磨混合的转速为100～600r/min；

12、可选地，所述球磨混合的转速为100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min、600r/min中的任意值或任意两者之间的范围值。

13、所述球磨混合的时间为1～40h。

14、可选地，所述球磨混合的时间为1h、5h、10h、20h、30h、40h中的任意值或任意两者之间的范围值。

15、所述反应的温度为200～700℃；

16、可选地，所述反应的温度为400～500℃。

17、可选地，所述反应的温度为400℃、450℃、500℃中的任意值或任意两者之间的范围值。

18、所述反应的时间为1～24h；

19、可选地，所述反应的时间为2～10h。

20、可选地，所述反应的时间为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h中的任意值或任意两者之间的范围值。

21、所述反应的气氛为非活性气体气氛；

22、所述非活性气体选自氮气、氩气、氦气、氙气中的至少一种。

23、根据本申请的另一个方面，提供一种固态电解质，所述固态电解质选自上述的化合物或上述的制备方法制备的化合物。

24、根据本申请的另一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池采用上述的固态电解质。

25、本申请的优势在于：

26、提高了固态电解质与金属锂的稳定性，并且使得固态电解质在4.8v下实现电化学稳定。

技术特征：

1.一种化合物，其特征在于，

2.一种权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

7.一种固态电解质，其特征在于，

8.一种锂二次电池，其特征在于，

技术总结本申请描述了一种化合物及其制备方法和作为固态电解质的应用。一种化合物，其特征在于，所述化合物的化学式为Li6‑aPS5‑aClFa；其中0≤a≤2，且a为有理数；其中所述化合物是中性电荷的。此固态锂离子导体具有通过结晶和非结合键排列和/或键合的特定化学组成。此外本申请还涉及这种硫化物基固态锂离子导体的制备工艺。技术研发人员：吴忠帅,董聪受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/27