CN117613371A - 固态电解质的制备方法、固态电解质及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种固态电解质的制备方法、固态电解质及其应用。本发明的一种固态电解质的制备方法,包括以下步骤:将固态电解质的原料进行研磨,得到前驱体;将所述前驱体进行成型处理,得到片体;对所述片体进行烧结处理;所述固态电解质的化学式为Li6P1‑aMaS5X,其中,M包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少,0.05<a<0.2;所述烧结处理的烧结气氛为硫化氢,或者硫化氢与保护性气体的混合气体。本发明的方法通过各个步骤的配合,得到的固态电解质具有优异的空气稳定性和循环稳定性。

Description

固态电解质的制备方法、固态电解质及其应用
技术领域
本发明涉及电池技术领域,具体而言,涉及一种固态电解质的制备方法、固态电解质及其应用。
背景技术
锂离子二次电池在现代社会中发挥着极其重要的作用,使用不可燃无机固体材料作为电解质的全固态电池,被认为能够解决传统液态电池的安全问题。
常用的固态电解质包括硫化物电解质、聚合物电解质、氧化物电解质,这三大类固态电解质都存在各自的优缺点,其中聚合物电解质具有柔性特点,其有利于固态电池界面接触而且容易批量化制备得到电解质膜,但是其离子电导率较低且不耐高电压;氧化物电解质离子电导率较高,但是不具备柔性特点,界面接触难以保证,且加工成膜较为困难。而硫化物电解质由于其高离子导和优异的机械性能而被广泛研究,其中,硫银锗矿型(Li-P-S-X)被认为是有前途的硫化物电解质之一。然而这种硫化物固态电解质存在空气稳定性差和循环稳定性差的问题。
因此,研发一种具有优异的空气稳定性和循环稳定性的固态电解质至关重要。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种固态电解质的制备方法,以克服现有技术中的硫化物固态电解质存在的空气稳定性差、循环稳定性差的技术问题;本发明的固态电解质具有优异的空气稳定性和循环稳定性。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的固态电解质的制备方法的制备得到的固态电解质,具有优异的空气稳定性。
本发明的另一个目的在于提供一种全固态电池,其具有优异的循环容量保持率。
本发明的另一个目的在于提供一种用电设备。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种固态电解质的制备方法,包括以下步骤:
将固态电解质的原料进行研磨,得到前驱体;将所述前驱体进行成型处理,得到片体;对所述片体进行烧结处理;
所述烧结处理的烧结气氛为硫化氢,或者硫化氢与保护性气体的混合气体;
所述固态电解质的化学式为Li6P1-aMaS5X,其中,M包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少一种,0.05<a<0.2。
在一种实施方式中,所述片体的形状包括圆形;所述片体的直径与所述片体的厚度的比值为1.5~3。
在一种实施方式中,所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:10%≤Y<100%。
在一种实施方式中,所述烧结处理的气体流量为0.01~2L/min。
在一种实施方式中,所述保护性气体包括惰性气体和氮气中的至少一种。
在一种实施方式中,所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:30%≤Y≤60%。
在一种实施方式中,所述原料包括M元素的硫化物、锂源、磷源和LiX,其中,M元素包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少一种。
在一种实施方式中,所述研磨的转速为1000~2000rpm,所述研磨的时间为24~48h。
在一种实施方式中,所述成型处理的压力为400~550MPa。
在一种实施方式中,所述烧结处理的温度为350~700℃,所述烧结处理的时间为6~12h。
一种固态电解质,由所述的固态电解质的制备方法制备得到。
一种全固态电池,包括正极片、电解质片和负极片,所述正极片、负极片和电解质片中的至少一种包含所述的固态电解质的制备方法得到的固态电解质。
一种用电设备,包括所述的全固态电池。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明通过限定烧结处理的烧结气氛含有硫化氢气体,进而使得到的固态电解质具有优异的空气稳定性,离子电导率保持率高。
(2)本发明的固态电解质得到的全固态电池具有优异的容量循环保持率,可作为供电源应用于各个用电设备。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面,本发明涉及一种固态电解质的制备方法,包括以下步骤:
将固态电解质的原料的混合物进行研磨,得到前驱体;将所述前驱体进行成型处理,得到片体;将所述片体进行烧结处理;
所述固态电解质的化学式为Li6P1-aMaS5X,其中,M包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少一种,0.05<a<0.2;
所述烧结处理的烧结气氛为硫化氢(H2S),或者硫化氢与保护性气体的混合气体。
本发明通过M元素部分取代P元素提高了硫化物电解质本征安全性,其原因为M-S键的键能高于P-S键,因此稳定了晶格中的S原子,减缓了S原子与空气中水的反应速度,即提高了空气稳定性。同时,采用本发明的制备方法,可以改善硫化物电解质颗粒表面结构,提高其与氧化物正极材料的稳定性,即提高了循环稳定性。
本发明中,硫化氢的作用包括:提供烧结气氛中的硫化氢分压,保证各原料按照设计配比反应生产目标产物;防止高温烧结造成的S挥发损失(电解质颗粒表面发生成分偏析,即表面缺S),相反形成富S表面,提升固态电解质的结晶度,保证离子电导率。硫化物电解质颗粒与氧化物正极材料接触时易发生副反应,导致循环性能变差。当表面富S时,S与氧化物正极表面的O产生位置互换反应后,不会导致电解质表面结构恶化,即提高了其与氧化物正极的稳定性、进而提高了循环稳定性。本发明通过限定烧结处理的烧结气氛含有硫化氢气体,进而使得到的固态电解质具有较高的空气稳定性和氧化物正极材料稳定性。
本发明的所述固态电解质中,a的取值包括0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.15、0.18或0.2。X选自F、Cl、Br和I中的至少一种。在一种实施方式中,所述固态电解质包括Li6P0.94Sb0.06S5Cl、Li6P0.9Sb0.1S5Cl、Li6P0.9Sb0.05Nb0.05S5Cl、Li6P0.92V0.08S5Cl、Li6P0.9Si0.1S5Cl等。
在一种实施方式中,所述片体的形状包括圆形;所述片体的直径与所述片体的厚度的比值为1.5~3。在一种实施方式中,所述片体的直径与所述片体的厚度的比值包括但不限于为1.5、1.8、2、2.5、2.8或3等。本发明通过限定片体的直径与所述片体的厚度的比值在上述适宜的范围内,进而保证固态电解质的电化学性能。
在一种实施方式中,所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:10%≤Y<100%。在一种实施方式中,所述混合气体中,硫化氢的体积分数为10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或95%。进一步地,所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:30%≤Y≤60%。本发明通过限定硫化氢的体积分数在上述范围内,进而更有利于提高固态电解质的空气稳定性,提高氧化物正极材料的稳定性。
在一种实施方式中,所述烧结处理的气体流量为0.01~2L/min,例如0.01L/min、0.02L/min、0.05L/min、0.1L/min、0.2L/min、0.5L/min、0.8L/min、1L/min、1.5L/min、2L/min等。
在一种实施方式中,性气体包括惰性气体和氮气(N2)中的至少一种。惰性气体包括氦气(He)、氩气(Ar)等。在一种实施方式中,所述混合气体为氮气和硫化氢的混合气体,其中,硫化氢的体积分数为30%~60%。在一种实施方式中,所述混合气体为惰性气体和硫化氢的混合气体,其中,硫化氢的体积分数为30%~60%。在一种实施方式中,所述混合气体为惰性气体、氮气和硫化氢的混合气体,其中,硫化氢的体积分数为30%~60%,惰性气体的体积分数为15%~30%、氮气的体积分数为25%~40%。混合气体在使用前进行清洁过滤处理,避免氧和其他有害物质的混入。本发明采用适宜比例的惰性气体与硫化氢配合,可更好地防止固态电解质氧化、损失,保证烧结的加热温度及速率,提高加热速率,同时有利于保证固态电解质具有优异的理化性能。
在一种实施方式中,所述原料包括M元素的硫化物、锂源、磷源和LiX。在一种实施方式中,锂源包括Li2S,磷源包括P2S5,LiX包括LiCl、LiF、LiI、LiBr中的至少一种。M元素的硫化物选自Sb、Nb、V和Si对应的硫化物中的至少一种。
在一种实施方式中,所述研磨的转速为1000~2000rpm,所述研磨的时间为24~48h。在一种实施方式中,所述研磨的转速包括但不限于为1000rpm、1200rpm、1500rpm、1800rpm或2000rpm等,研磨的时间包括但不限于为24h、25h、30h、35h、40h、45h或48h等。通过采用适宜的研磨的转速和时间配合,进而使物料进一步破碎至适宜的粒度,得到前驱体。在一种实施方式中,所述研磨的研磨介质为氧化锆球体,研磨介质的粒径为3~6mm。所述研磨可采用球磨设备,球磨设备选自圆筒球磨、锥形球磨和管磨中的至少一种。
在一种实施方式中,所述成型处理的压力为400~550MPa。在一种实施方式中,所述成型处理的压力包括但不限于为400MPa、420MPa、450MPa、480MPa、500MPa、510MPa、530MPa或550MPa等。本发明在成型处理中采用适宜的压力,进而保证前驱体粉末具有适宜的直径与厚度之比,进而保证固态电解质的电化学性能。若成型处理的压力过低,则难以成型,过压力过高,则容易对模具损伤模具。
在一种实施方式中,所述烧结处理的温度为350~700℃,所述烧结处理的时间为6~12h。在一种实施方式中,所述烧结处理的温度包括但不限于为350℃、380℃、400℃、450℃、480℃、500℃、550℃、600℃、650℃、680℃或700℃等,所述烧结处理的时间包括但不限于为6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等。本发明通过采用适宜的烧结温度及时间,配合烧结气氛,进而保证固体电解质具有适宜的结晶度,使其具有高的离子电导率。
在一种优选地实施方式中,所述的固态电解质的制备方法,包括以下 步骤:
(a)在手套箱中,按照固态电解质化学式中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径3~6mm的氧化锆小球;将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1000~2000rpm,球磨的时间为24~48h;
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为400~550MPa,压片直径与厚度的比值为1.5~3;
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为350~700°C,烧结的时间为6~12h,烧结的气氛为保护性气体和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为30%~60%,混合气的流量为0.01~2L/min。
根据本发明的另一个方面,本发明还涉及一种固态电解质,由所述的固态电解质的制备方法制备得到。
本发明的固态电解质具有较高的空气稳定性,离子电导保持率高。
根据本发明的另一个方面,本发明还涉及一种全固态电池,包括正极片、电解质片和负极片,所述正极片、负极片和电解质片中的至少一种包含所述的固态电解质的制备方法得到的固态电解质。
本发明的全固态电池具有优异的容量循环保持率。
在一种实施方式中,全固态电池包括正极片、电解质片和负极片,所述电解质片位于所述正极片和所述负极片之间。所述正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体至少一侧表面的正极材料层;所述负极片包括Li-In金属片;所述电解质片为上述固态电解质。正极片的制备包括:将正极活性材料、电解质材料、粘结剂混合,正极活性材料、电解质材料、粘结剂的质量比为(65~75):(24~30):(1~5);加入溶剂混合,得到正极浆料,将正极浆料均匀涂布于正极集流体的至少一侧表面,再进行干燥,进一步将正极片裁切成圆片。
根据本发明的另一个方面,本发明还涉及一种用电设备,包括所述的全固态电池。固态电池作为用电设备的供电电源。
本发明的用电设备包括自行车、电动汽车、电动摩托车、电动工具、大型蓄电池等。
下面结合具体的实施例、对比例进一步解释说明。
实施例1
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径为5mm的氧化锆小球;将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为5mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间为10h。烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为30%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例2
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径5mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为4mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间10h。烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为30%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例3
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径5mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为4mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度500°C,烧结的时间10h;烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为60%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例4
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径5mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为4mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间为10h;烧结气氛为氮气和硫化氢混合气,其中,硫化氢的体积分数为10%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例5
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径5mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为4mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间为10h。烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为100%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例6
一种固态电解质的制备方法,包括以下步骤:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.85Nb0.15S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Nb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径5mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1800rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压片的压力设定为520MPa,压片直径为10mm,厚度为5mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为530°C,烧结的时间为10h。烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为30%,混合气的流量为0.5L/min。
实施例7
一种固态电解质的制备方法,包括以下步骤:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.85Nb0.15S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Nb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径4mm的氧化锆小球。将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1400rpm,球磨的时间为35h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压片的压力设定为480MPa,压片直径为10mm,厚度为5mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为650°C,烧结的时间为7h。烧结气氛为氮气、氩气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为50%,氮气的体积分数为25%,氩气的体积分数为25%,混合气的流量为0.5L/min。
对比例1
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径为5mm的氧化锆小球;将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为10mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间为10h。烧结气氛为氮气和硫化氢的混合气,其中,硫化氢的体积分数为30%,混合气的流量为0.5L/min。
对比例2
一种固态电解质的制备方法,具体步骤如下:
(a)在手套箱中,按照Li6P0.9Sb0.1S5Cl中的化学计量比分别称取Li2S、P2S5、LiCl和Sb2S5,放置于100mL氧化锆球磨罐中,加入50g直径为5mm的氧化锆小球;将密封好的球磨罐置于球磨机之上,球磨的转速为1500rpm,球磨的时间为30h。
(b)球磨结束后,收集物料,在压片机中进行压片,压力设定为500MPa,压片直径为10mm,厚度为10mm。
(c)将压片置于管式炉中进行高温烧结,烧结的温度为500°C,烧结的时间为10h,烧结气氛为氮气,流量为0.5L/min。
实验例
一、离子电导保持率的测试
在手套箱内,称取固体电解质材料300mg放入5mL开口玻璃瓶中。随后将该玻璃瓶置于通有特定湿度空气气流的反应箱中,室温静置24h。干燥空气的相对湿度为10%,气流量为100mL/min。静置结束后,将样品取出进行离子导测试。将暴露后的离子电导率与原始离子电导率相除,计算得到离子电导保持率。
测试结果如表1所示。
表1 离子电导保持率测试结果
由表1可知,本发明的方法得到的固态电解质具有优异的离子电导保持率,在78.7%及以上。对比例1的片体的直径与厚度之比过低,对比例2的烧结气氛仅为氮气,对比例1和对比例2得到的固态电解质的离子电导保持率较差。
二、固态电池的性能测试
固态电池的制备方法,包括:在手套箱中,按照质量比70:29:1称取NCM622、电解质材料(Li6PS5Cl)、粘接剂(SEBS)共2g,在玛瑙研钵中混合均匀;然后加入5g溶剂(二甲苯)继续研磨至形成均匀浆料;将上述浆料均匀涂布在铝箔之上,转移至60°C真空烘箱中干燥12h,得到电极极片;将极片裁切成直径为10mm的圆片,用于磨具电池组装。
电池组装步骤:称取150mg电解质材料,置于内径10mm的模具中压制成电解质片,压制压力9MPa;将裁切好的正极极片放置于压制完成的电解片一侧,再次进行压制,压制压力为9MPa;在电解质片另一侧放入Li-In金属片;将上述磨具放置于电池外壳中、并将外壳紧固,得到用于电性能测试的模具电池。
电池测试方法:将组装好的模具电池与充放电测试仪连接,设定充放电电流(0.1C)、测试电压(3.0-4.3V),进行首周充放电测试。以0.1C循环3周后,将充放电电流设定为0.5C,进行循环性能测试。电池测试温度为25°C。
测试结果如表2所示。
表2 固态电池的循环容量保持率测试结果
由表2可知,本发明的方法得到的固态电解质进一步制备得到固态电池,循环容量保持率高,循环容量保持率在80.6%以上。对比例1、对比例2得到的固态电解质各自对应的固态电池的循环容量保持率显著降低。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,但本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种固态电解质的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将固态电解质的原料进行研磨,得到前驱体;将所述前驱体进行成型处理,得到片体;对所述片体进行烧结处理;
所述烧结处理的烧结气氛为硫化氢,或者硫化氢与保护性气体的混合气体;
所述固态电解质的化学式为Li6P1-aMaS5X,其中,M包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少一种,0.05<a<0.2。
2.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述片体的形状包括圆形;所述片体的直径与所述片体的厚度的比值为1.5~3。
3.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,包含以下特征(1)至(3)中的至少一种:
(1)所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:10%≤Y<100%;
(2)所述烧结处理的气体流量为0.01~2L/min;
(3)所述保护性气体包括惰性气体和氮气中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述混合气体中,硫化氢的体积分数Y满足条件:30%≤Y≤60%。
5.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述原料包括M元素的硫化物、锂源、磷源和LiX,其中,M元素包括Sb、Nb、V和Si中的至少一种,X选自卤族元素中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述研磨的转速为1000~2000rpm,所述研磨的时间为24~48h。
7.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述成型处理的压力为400~550MPa。
8.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述烧结处理的温度为350~700℃,所述烧结处理的时间为6~12h。
9.一种固态电解质,其特征在于,由权利要求1~8中任一项所述的固态电解质的制备方法制备得到。
10.一种全固态电池,其特征在于,包括正极片、电解质片和负极片,所述正极片、负极片和电解质片中的至少一种包含权利要求1~8中任一项所述的固态电解质的制备方法制备得到的固态电解质。
11.一种用电设备,其特征在于,包括权利要求10所述的全固态电池。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160156064A1 (en) * 2013-07-25 2016-06-02 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Sulfide-Based Solid Electrolyte for Lithium Ion Battery
US20200127325A1 (en) * 2017-07-07 2020-04-23 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Solid Electrolyte of Lithium Secondary Battery and Sulfide Compound for Said Solid Electrolyte
US20200153036A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Hyundai Motor Company Sulfide-based solid electrolyte synthesized using wet process and composition and method for manufacturing the same
CN113348577A (zh) * 2019-12-27 2021-09-03 三井金属矿业株式会社 硫化物固体电解质及其制造方法
CN114933331A (zh) * 2022-05-13 2022-08-23 上海屹锂新能源科技有限公司 一种硫化物固态电解质及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160156064A1 (en) * 2013-07-25 2016-06-02 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Sulfide-Based Solid Electrolyte for Lithium Ion Battery
US20200127325A1 (en) * 2017-07-07 2020-04-23 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Solid Electrolyte of Lithium Secondary Battery and Sulfide Compound for Said Solid Electrolyte
US20200153036A1 (en) * 2018-11-08 2020-05-14 Hyundai Motor Company Sulfide-based solid electrolyte synthesized using wet process and composition and method for manufacturing the same
CN113348577A (zh) * 2019-12-27 2021-09-03 三井金属矿业株式会社 硫化物固体电解质及其制造方法
CN114933331A (zh) * 2022-05-13 2022-08-23 上海屹锂新能源科技有限公司 一种硫化物固态电解质及其制备方法

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