基于硫化物的锂离子导电固体电解质及其制备方法与流程

    专利查询2025-11-16  1



    背景技术:


    技术实现思路

    1、本发明人已经发现,本发明的一个或多个目的可以通过提供基于硫化物的锂离子导电固体电解质来实现,所述基于硫化物的锂离子导电固体电解质可通过将li2s;b2s3;b2o3和lix的组合以良好限定的比率熔融淬火来获得,其中x表示cl、br、i或它们的组合。如所附实施例中所示,实际上观察到所得玻璃态固体表现出基于li-s的玻璃的高热稳定性δtx、高离子电导率和/或低电导率。

    2、实施方案1

    3、因此,在本发明的第一方面,提供了一种具有根据通式(i)的组成的固体材料

    4、li2c+db2a+2bs3a+co3bxd(i)

    5、其中

    6、x表示f、cl、br、i、n3、scn、cn、ocn、bf4、bh4或它们的组合;

    7、a在0.03至0.1的范围内;

    8、b在0至0.04的范围内;

    9、c在0.12至0.26的范围内;并且

    10、d在0.001至0.14的范围内。

    11、优选地,提供了一种固体材料,所述固体材料具有根据通式(i)的组成

    12、li2c+db2a+2bs3a+co3bxd(i)

    13、其中

    14、x表示cl、br、i或它们的组合;

    15、a在0.03至0.1的范围内;

    16、b在0至0.04的范围内;

    17、c在0.12至0.26的范围内;并且

    18、d在0.001至0.14的范围内。

    19、实施方案2

    20、在本发明的另一方面,提供了一种固体材料,所述固体材料可通过将a和b的混合物熔融淬火来获得,

    21、其中在淬火前所述混合物中的a和b的摩尔比在60:40至99:1的范围内;

    22、其中组分a符合通式(ii)

    23、xli2s-yb2s3-zb2o3(ii)

    24、其中

    25、x在55至85的范围内;

    26、y在15至45的范围内;

    27、z在0至15的范围内;

    28、x+y+z = 100;并且

    29、其中组分b是lix,其中x表示f、cl、br、i、n3、scn、cn、ocn、bf4、bh4或它们的组合,优选地x表示cl、br、i或它们的组合。

    30、实施方案3

    31、在本发明的另一方面,提供了一种用于制备固体材料的方法,所述方法包括以下步骤:

    32、(i)提供以下前体:

    33、•li2s;

    34、•b2s3以及/或者硼和硫两者;

    35、•任选地b2o3;以及

    36、•lix,其中x表示f、cl、br、i、n3、scn、cn、ocn、bf4、bh4或它们的组合,优选x表示cl、br、i或它们的组合;

    37、(ii)制备包含步骤(i)中提供的所述前体的混合物,其中

    38、•在所述混合物中,元素li、s、b、o和x的摩尔比符合所述通式(i)

    39、li2c+db2a+2bs3a+co3bxd(i)

    40、其中

    41、a在0.03至0.1的范围内;

    42、b在0至0.04的范围内;

    43、c在0.12至0.26的范围内;并且

    44、d在0.001至0.14的范围内;

    45、或者

    46、•在所述混合物中,所述前体的摩尔比符合所述通式(ii)

    47、xli2s-yb2s3-zb2o3(ii)

    48、其中

    49、x在55至85的范围内;

    50、y在15至45的范围内;

    51、z在0至15的范围内;并且

    52、x+y+z = 100

    53、(iii)对步骤(ii)中制备的所述混合物进行热处理以获得熔体;以及

    54、(iv)对步骤(iii)中获得的所述熔体进行淬火以获得所述固体材料。

    55、实施方案4

    56、在本发明的另一方面,提供了一种固体组合物,所述固体组合物包含第一固体材料,所述第一固体材料是如本文所述的固体材料(即实施方案1或2的固体材料),并且还包含至少第二固体材料,所述第二固体材料具有与所述第一固体材料不同的组成。

    57、实施方案5

    58、在本发明的另一方面,提供了一种电化学电池,所述电化学电池包含如本文所述的固体材料(即实施方案1或2的固体材料)。

    59、实施方案6

    60、在本发明的另一方面,提供了如本文所述的固体材料(即实施方案1或2的固体材料)或如本文所述的固体组合物(即实施方案4的固体组合物)作为用于电化学电池的固体电解质的用途。

    61、实施方案7

    62、本发明的另一方面涉及蓄电池,更具体地锂离子蓄电池或锂金属蓄电池,所述蓄电池包括至少一个包含如本文所述的固体材料(即实施方案1或2的固体材料)的电化学电池,例如两个或更多个如实施方案5中所述的电化学电池。

    63、实施方案8

    64、本发明的另一方面是一种通过使用至少一个蓄电池或至少一个包含如本文所述的固体材料的电化学电池(即如实施方案5中所述的电化学电池)来制造或操作汽车、计算机、个人数字助理、移动电话、手表、便携式摄像机、数码相机、温度计、计算器、膝上型电脑bios、通信设备、远程汽车锁和固定应用(诸如用于发电厂的储能装置)的方法。

    65、实施方案9

    66、本公开的另一方面是包含本发明的固体材料的电化学电池(即如实施方案5中所述的电化学电池)在机动车辆、由电动机操作的自行车、机器人、飞行器(例如包括无人驾驶飞机的无人驾驶飞行器)、船舶或固定式储能器中的用途。

    67、实施方案10

    68、在本发明的另一方面,提供了式lix的锂盐用于改善玻璃态固体的热稳定性δtx,尤其是用于改善基于硫化物的锂离子导电固体电解质的热稳定性δtx的用途,其中x表示f、cl、br、i、n3、scn、cn、ocn、bf4、bh4或它们的组合,优选x表示cl、br、i或它们的组合。



    技术特征:

    1.一种固体材料,所述固体材料具有根据通式(i)的组成:

    2.根据权利要求1所述的固体材料,其中x表示cl、br、i或它们的组合。

    3.根据权利要求1和2所述的固体材料,其中

    4.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中

    5.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中所述固体材料符合式(i)a、式(i)b、式(i)c或式(i)d:

    6.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中5a+5b+3c+2d = 1。

    7.一种固体材料、优选地根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,所述固体材料能够通过将a和b的混合物熔融淬火来获得,

    8.根据权利要求7所述的固体材料,

    9.根据权利要求7或8所述的固体材料,其中

    10.根据权利要求7至9中的任一项所述的固体材料,其中在淬火前所述混合物中的a和b的摩尔比在70:30至96:4的范围内。

    11.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中x表示br、i或它们的组合。

    12.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中所述材料是玻璃态固体。

    13.根据前述权利要求中的任一项所述的固体材料,其中所述材料具有在25℃处至少0.1ms/cm,优选至少0.3ms/cm的离子电导率,以及大于100℃,优选大于110℃,更优选大于115℃的热稳定性δtx,其中δtx = tx – tg,其中tx为通过dsc所确定的结晶起始温度,并且tg为通过dsc所确定的玻璃化转变温度。

    14.一种用于制备固体材料、优选地根据权利要求1至13中的任一项所述的固体材料的方法,所述方法包括以下步骤:

    15.根据权利要求14所述的方法,其中x表示cl、br、i或它们的组合。

    16.一种电化学电池,所述电化学电池包含根据权利要求1至13中的任一项所述的固体材料。

    17.根据权利要求16所述的电化学电池,其中隔板包含根据权利要求1至13中的任一项所述的固体材料。

    18.根据权利要求1至13中的任一项所述的固体材料作为用于电化学电池的固体电解质的用途。


    技术总结
    本发明涉及可通过将硫化锂、硫化硼和氧化硼的混合物熔融淬火,从而形成适合用作锂离子导电电解质的玻璃态固体而获得的固体材料。这些基于硫化物的锂离子导电固体电解质表现出由大的ΔTx,特别是大于100℃的ΔTx支持的高热稳定性。

    技术研发人员:安东尼·布雷奥,波尔·布里昂泰,扬·吉蒙,汤姆·克雷克尔斯
    受保护的技术使用者:尤米科尔公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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