本發(fā)明屬于鋰離子電解質制造領域，具體涉及一種摻氧鋰離子固體電解質及其制備方法。

背景技術：

隨著工業(yè)社會的發(fā)展對能源的使用量的增加以及不可再生資源的日益枯竭，人們對新能源的需求越來越迫切，對儲能技術的要求也越來越嚴格。當今社會，鋰離子電池是一種關鍵的儲能系統(tǒng)，它們可以用作混合動力汽車、純電動汽車乃至風能太陽能等能量的存儲器。汽車動力電池對鋰離子電池的要求更高，主要要求電池材料具有價格較低，安全性能較好，能量密度較高，充放電倍率性能好，使用壽命長等特點。然而，目前市場上的鋰離子電池，大多為采用液體電解質的鋰離子電池，液體電解質的鋰鹽溶解于有機溶液當中,并包含多種的功能添加劑，液體電解質常用的鋰鹽為LiPF₆和LiFSI等；有機溶劑多為環(huán)狀碳酸酯(EC、PC)、鏈狀碳酸酯(DEC、EDC和DMC等)和羧酸酯類(MF、MA和EA等)。含有電解液的鋰離子電池在使用過程中會存在著安全隱患，如：易燃、易爆、易腐蝕等，社會上時常發(fā)生的電動汽車自燃，手機電池爆炸等安全事故主要是由于鋰離子電池中的電解液引起的。

為了解決鋰離子電池的安全問題，目前電解液朝著固態(tài)化方向發(fā)展，在固態(tài)電解質替代有機液體電解液的過程中，傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度偏低和使用壽命偏短這兩個關鍵問題有望得到提高，這也符合未來貯能電源的發(fā)展方向。但是目前報道的固態(tài)電解質存在鋰離子電導率太低而無法實現(xiàn)商業(yè)化應用的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決鋰離子電導率太低的技術問題，本發(fā)明提供一種摻氧鋰離子固體電解質及其制備方法。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種摻氧鋰離子固體電解質，其特殊之處在于：所述鋰離子固體電解質的化學計量式為Li₁₀MP₂S_12-xO_x，其中：x＝0.1-0.5，M為Ge、Si或者Sn。

上述鋰離子固體電解質的化學計量式為Li₁₀MP₂S_11.7O_0.3，該鋰離子固體電解質具有相對較高的鋰離子電導率。

本發(fā)明還提供一種摻氧鋰離子固體電解質制備方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】將原料Li₂S、MS₂、P₂S₅和LiOH按照4.95-4.75：1：1：0.1-0.5的摩爾比進行混合；其中，M為Ge、Si或者Sn；

2】將混合后的原料在惰性氣氛保護下球磨成為均勻粉體；

3】將球磨后的粉體壓成電解質片；

4】將電解質薄片在惰性氣氛保護下燒結成為致密的固體電解質片。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所制備的Li₁₀MP₂S_12-xO_x鋰離子固態(tài)電解質使用部分O^-取代S^2-，形成的P-O共價鍵的鍵能大于P-S共價鍵的鍵能，P-O鍵的加強削弱了氧離子對鋰離子的束縛，提高了鋰離子的遷移速度。使得Li₁₀MP₂S_12-xO_x鋰離子固態(tài)電解質的鋰離子電導率達到了1.3×10^-2S/cm及以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1制備的鋰離子固體電解質薄片在電化學工作站下的交流阻抗圖；

圖2為本發(fā)明實施例2制備的鋰離子固體電解質薄片在電化學工作站下的交流阻抗圖；

圖3為本發(fā)明實施例3制備的鋰離子固體電解質薄片在電化學工作站下的交流阻抗圖；

圖4為本發(fā)明實施例4制備的鋰離子固體電解質薄片在電化學工作站下的交流阻抗圖；

圖5為本發(fā)明實施例5制備的鋰離子固體電解質薄片在電化學工作站下的交流阻抗圖；

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案做詳細描述。

實施例1：在該技術方案中，將Li₂S：GeS₂：P₂S₅：LiOH按照4.95：1：1：0.1(摩爾比)的比例均勻混合，將混合好的原料放入球磨罐中，在氬氣氣氛的保護下，以500轉/分鐘的轉速球磨5小時，將球磨結束后的粉體在200Mpa的壓力下壓成電解質薄片，將電解質薄片置于真空氣氛管式爐中，在氬氣氣氛下以3℃/分鐘的速率升溫到500℃，在500℃下保溫30h燒結成致密的固態(tài)電解質樣品片。如圖1是組成為Li₁₀GeP₂S_11.9O_0.1固態(tài)電解質薄片在電化學工作站下交流阻抗圖，從圖中計算出電導率為1.3×10^-2S/cm。

實施例2：將Li₂S：SiS₂：P₂S₅：LiOH按照4.90：1：1：0.2(摩爾比)的比例均勻混合，將混合好的原料放入球磨罐中，在氬氣氣氛的保護下，以300轉/分鐘的轉速球磨20小時，將球磨結束后的粉體在100Mpa的壓力下壓成電解質薄片，將電解質薄片置于真空氣氛管式爐中，在氬氣氣氛下以2℃/分鐘的速率升溫到600℃，在600℃下保溫15h燒結成致密的固態(tài)電解質樣品片。如圖2是組成為Li₁₀SiP₂S_11.8O_0.2，固態(tài)電解質薄片在電化學工作站下交流阻抗圖，從圖中計算出電導率為1.8×10^-2S/cm。

實施例3：將Li₂S：SnS₂：P₂S₅：LiOH按照4.85：1：1：0.3(摩爾比)的比例均勻混合，將混合好的原料放入球磨罐中，在氬氣氣氛的保護下，以400轉/分鐘的轉速球磨10小時，將球磨結束后的粉體在100Mpa的壓力下壓成電解質薄片，將電解質薄片置于真空氣氛管式爐中，在氬氣氣氛下以1℃/分鐘的速率升溫到650℃，在650℃下保溫10h燒結成致密的固態(tài)電解質樣品片。如圖3是組成為Li₁₀SnP₂S_11.7O_0.3，固態(tài)電解質薄片在電化學工作站下交流阻抗圖，從圖中計算出電導率為2.5×10^-2S/cm。

實施例4：將Li₂S：GeS₂(M＝Ge，Si，Sn)：P₂S₅：LiOH按照4.8：1：1：0.4(摩爾比)的比例均勻混合，將混合好的原料放入球磨罐中，在氬氣氣氛的保護下，以350轉/分鐘的轉速球磨20小時，將球磨結束后的粉體在150Mpa的壓力下壓成電解質薄片，將電解質薄片置于真空氣氛管式爐中，在氬氣氣氛下以3℃/分鐘的速率升溫到550℃，在550℃下保溫15h燒結成致密的固態(tài)電解質樣品片。如圖4是組成為Li₁₀GeP₂S_11.6O_0.4，固態(tài)電解質薄片在電化學工作站下交流阻抗圖，從圖中計算出電導率為2.2×10^-2S/cm。

實施例5：將Li₂S：SiS₂：P₂S₅：LiOH按照4.75：1：1：0.5(摩爾比)的比例均勻混合，將混合好的原料放入球磨罐中，在氬氣氣氛的保護下，以400轉/分鐘的轉速球磨10小時，將球磨結束后的粉體在50Mpa的壓力下壓成電解質薄片，將電解質薄片置于真空氣氛管式爐中，在氬氣氣氛下以1℃/分鐘的速率升溫到600℃，在600℃下保溫15h燒結成致密的固態(tài)電解質樣品片。如圖5是組成為Li₁₀SiP₂S_11.5O_0.5，固態(tài)電解質薄片在電化學工作站下交流阻抗圖，從圖中計算出電導率為1.4×10^-2S/cm。