结晶态Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质的制备方法

摘要

本发明提供了一种结晶态Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质的制备方法，在密闭容器中向LiOH·H2O水溶液中先通入H2S气体或加入可溶于水的硫化物反应一定时间后，再向其中加入包含有金属Sn元素的水溶液；通入保护气体继续反应再向加入有机试剂后，置于低温环境中，析出的晶体经干燥后，再经热处理去除结晶水后得到产物。本发明采用新颖的湿法工艺制备全固态电解质，相比于传统固相合成的显著优点是反应时间短、可以控制产物形貌。

权利要求

1.一种结晶态Li-Sn-S无机锂离子固体电解质的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行，第一步：向有LiOH·H2O水溶液的密闭容器中先通入H2S气体或加入可溶于水的硫化物反应一定时间后，再向其中加入含Sn元素的化合物水溶液进行反应至沉淀完全溶解；其中Li:Sn:S的摩尔比为8:1:(4～6)；

第二步：在溶液呈碱性条件下，于40～80℃，向第一步反应后得到的产物中通入保护气体继续反应一定时间或使第一步的反应在完全密封条件下继续反应一定时间；再向其中加入可与水互溶的有机试剂后，置于低温环境中，直至析出晶体；所述保护气体选自氮气或惰性气体的至少一种；

第三步：第二步析出的晶体经干燥后，再于300℃以上且低于晶体分解温度以下的温度环境中保温一定时间，得到产物。

2.如权利要求1所述的结晶态Li-Sn-S无机锂离子固体电解质的制备方法，其特征在于：所述第一步中的硫化物选自碱金属硫化物或硫化铵中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的结晶态Li-Sn-S无机锂离子固体电解质的制备方法，其特征在于：所述第二步的低温环境为温度不高于0℃的环境。

4.如权利要求1或2所述的结晶态Li-Sn-S无机锂离子固体电解质的制备方法，其特征在于：所述第二步的析出晶体先经可与水互溶的有机溶剂洗涤后再干燥。

说明书

结晶态Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种全固体锂离子电池用固体电解质的制备方法，特别涉及一种结晶态Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质的制备方法。

背景技术

[0002] 目前市场上锂离子电池使用的有机电解液，存在漏液,腐蚀电极甚至发生氧化燃烧等安全性问题。锂离子无机固体电解质可以很好的避免上述问题，且具有锂离子导电率高(最高可达10-2S/cm)、化学稳定性好、电位窗口大(5～10V)等优点，并且可与高比能量的储能材料硫电极配合，极有希望开发出高比能量、安全、可高温使用的新型锂离子电池。Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质是目前研究得较多的一种电解质材料，如申请人丰田自动车株式会社在专利申请201380007092X中已公开了这种电解质材料。但目前制备这种材料的方法均为固相合成方法，如在上述专利申请中也公开了这种制备方法。

发明内容

[0003] 本发明旨在提供一种完全区别于固相合成法的湿法工艺方法来制备Li-Sn-S系无机锂离子固体电解质材料。本发明通过以下方案实现：

[0004] 第一步：向有LiOH·H2O水溶液的密闭容器中先通入H2S气体或加入可溶于水的硫化物反应一定时间后，再向其中加入含Sn元素的化合物水溶液进行反应至沉淀完全溶解；其中Li:S:Sn的摩尔比为8:1:(4～6)

[0005] 第二步：在溶液呈碱性条件下，于40～80℃，向第一步反应后得到的产物中通入保护气体继续反应一定时间或使第一步的反应在完全密封条件下继续反应一定时间；再向其中加入可与水互溶的有机试剂如丙酮、乙醇、甲醇等，之后置于低温环境中，直至析出晶体；所述保护气体选自氮气或惰性气体的至少一种。

[0006] 第三步：第二步析出的晶体经干燥后，再于300℃以上且低于晶体分解温度以下的温度环境中保温一定时间，得到产物。

[0007] 试验发现，第一步中的硫化物选自碱金属硫化物或硫化铵中的至少一种较优。

[0008] 为缩短析晶时间，第二步的低温环境的温度不高于0℃。

[0009] 为降低杂质，第二步的析出晶体先经可与水互溶的有机溶剂如丙酮、乙醇、甲醇等洗涤后再干燥,。

[0010] 本发明采用新颖的湿法工艺制备全固态电解质，相比于传统固相合成的显著优点是反应时间短、可以通控制反应温度、时间以及选择不同的有机试剂而控制产物形貌。

具体实施方式

[0011] 实施例1

[0012] 一种无机固态电解质Li4SnS4的制备方法如下：

[0013] 在三口烧瓶中，将5.0350g(120mmol)LiOH·H2O搅拌溶于水，向其中通入H2S气体，速率为10mL/min,通入25～35min后，多余的H2S气体用KOH溶液吸收，再将5.259g(15mmol)SnCl4·5H2O溶于10mL水后，加入至三口烧瓶中，待生成的黄色沉淀全部溶解。加入过量LiOH·H2O，调节pH在11～12之间,通入氮气气氛条件下，于45℃反应8h后，再向烧瓶中加入丙酮，再置于0℃的环境中48h，至有白色晶体析出。过滤提取析出物，并用丙酮冲洗多次，将晶体析出物于真空干燥12h，得到淡灰色粉末，之后于350℃环境中保温12h以脱去粉末产物的结晶水，得到结晶态的无机固态电解质Li4SnS4。

[0014] 实施例2

[0015] 在三口烧瓶中，将120mmol LiOH·H2O搅拌溶于水，向其中加入60mmol的K2S后，再将15mmol的SnCl4·5H2O溶于10mL水后，加入至三口烧瓶中，待生成的黄色沉淀全部溶解。以下步骤与实施例1完全相同。

[0016] 实施例3

[0017] 在三口烧瓶中，将120mmolLiOH·H2O搅拌溶于水，向其中通入H2S气体，速率为10mL/min,通入25～35min后，多余的H2S气体用KOH溶液吸收，再将15mmol的SnBr4·5H2O溶于10mL水后，加入至三口烧瓶中，待生成的黄色沉淀全部溶解。加入过量LiOH·H2O，调节pH在11～12之间,通入氮气气氛条件下，于80℃反应3h后，再向烧瓶中加入乙醇，再置于0℃的环境中48h，至有白色晶体析出。过滤提取析出物，并用乙醇，冲洗多次，将晶体析出物于真空干燥8h，得到淡灰色粉末，之后于320℃环境中保温12h以脱去粉末产物的结晶水，得到结晶态的无机固态电解质Li4SnS4。