ES2992661T3 - Preparation method of lithium thiophosphate - Google Patents
Preparation method of lithium thiophosphate Download PDFInfo
- Publication number
- ES2992661T3 ES2992661T3 ES20808130T ES20808130T ES2992661T3 ES 2992661 T3 ES2992661 T3 ES 2992661T3 ES 20808130 T ES20808130 T ES 20808130T ES 20808130 T ES20808130 T ES 20808130T ES 2992661 T3 ES2992661 T3 ES 2992661T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- solution
- solvent
- lithium
- species
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/30—Alkali metal phosphates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
- H01M10/0562—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
- H01M6/188—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
La presente invención se refiere a un nuevo método para la preparación de tiofosfato de litio, así como a los productos obtenibles mediante dichos métodos y a sus usos especialmente como electrolitos sólidos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de preparación de tiofosfato de litio
La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de tiofosfato de litio.
TÉCNICA ANTERIOR
Las baterías de litio se utilizan para alimentar dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos debido a su alta densidad de energía y potencia. Las baterías de litio convencionales utilizan un electrolito líquido compuesto por una sal de litio disuelta en un disolvente orgánico. El sistema mencionado anteriormente plantea cuestiones de seguridad, dado que los disolventes orgánicos son inflamables. Las dendritas de litio que se forman y pasan a través del medio electrolítico líquido pueden provocar un cortocircuito y producir calor, lo que da lugar a accidentes que provocan lesiones graves.
Los electrolitos sólidos de sulfuro son ventajosos para aplicaciones de baterías de litio debido a sus altas conductividades iónicas y propiedades mecánicas. Estos electrolitos se pueden peletizar y unir a los materiales de los electrodos mediante prensado en frío, lo que elimina la necesidad de una etapa de ensamblaje a alta temperatura. La supresión de la etapa de sinterización a alta temperatura elimina uno de los obstáculos contra el uso de ánodos de metal litio en baterías de litio.
Las argiroditas se conocen desde hace mucho tiempo y se derivan de la argirodita Ag8GeS6, que se describió por primera vez en 1886 por C. Winkler y cuyo análisis dio lugar al descubrimiento del germanio. La familia de las argiroditas consiste en más de 100 sólidos cristalinos e incluye, por ejemplo, aquellos compuestos en estado sólido en los que la plata se reemplaza por cobre, el germanio por galio o fósforo y el azufre por selenio. Así, Nitsche, Kuhs, Krebs, Evain, Boucher, Pfitzner y Nilges describen, entre otros, compuestos tales como Cu9GaS6, Ag7PSe6 y Cu<8>GaS<5>Cl, cuyas estructuras en estado sólido se derivan de la argirodita.
OMER ULAS KUDU ET AL: "A review of structural properties and synthesis methods of solid electrolyte materials in the Li<2>S - P<2>S<5>binary system", JOURNAL OF P<o>W<e>R SOURCES, vol. 407, 1 de diciembre de 2018 (01/12/2018), páginas 31-43, CH, iSsN: 0378-7753, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.10.037 describe la preparación de tiofosfatos de litio por química húmeda mediante el mezclado de Li<2>S y P<2>S<5>en un disolvente a temperatura ambiente.
Por lo tanto, existe la necesidad de una ruta en solución completa para la preparación de un electrolito sólido a base de sulfuro.
INVENCIÓN
El objetivo de la presente invención es proporcionar un electrolito sólido a base de sulfuro con LiPS, preparado mediante una ruta de síntesis preferentemente más rápida y más fácil de configurar en comparación con los procedimientos descritos previamente.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un nuevo proceso para la preparación en solución de un material de LiPS que tenga preferentemente una productividad mejorada y que permita un control de la morfología del producto obtenido.
El objetivo de la presente invención es también proporcionar un procedimiento para la preparación de una argirodita Li7PS6 desprovista de halógeno con propiedades de transporte mejoradas.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un procedimiento de preparación de un tiofosfato de litio que comprende al menos una etapa de preparación de una solución S1 a una temperatura T1 comprendida entre -200°C y 10°C, preferentemente entre -110°C y 0°C, comprendiendo dicha solución S1 un disolvente y al menos especies de P en forma de (PS<4>)3-, especies de Li en forma de Li+, y azufre restante en forma de polisulfuro, seguida de una etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente de dicha solución para obtener tiosfosfato de litio.
DEFINICIONES
A lo largo de la presente memoria descriptiva, a menos que el contexto requiera lo contrario, se entenderá que la palabra "comprender" o "incluir", o variaciones tales como "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye" implican la inclusión de un elemento o etapa del procedimiento o un grupo de elementos o etapas del procedimiento indicado, pero sin la exclusión de cualquier otro elemento o etapa del procedimiento o grupo de elementos o etapas del procedimiento. Según formas de realización preferidas, las palabras "comprende" e "incluye", y sus variaciones, significan "consiste exclusivamente en".
Tal como se utilizan en la presente memoria descriptiva, las formas singulares "un", "una", "el" y "la" incluyen aspectos plurales a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. El término "y/o" incluye los significados "y", "o", así como todas las demás combinaciones posibles de los elementos que se encuentran en conexión con este término.
Debe entenderse que el término "entre" incluye los límites.
Las relaciones, concentraciones, cantidades y otros datos numéricos se pueden presentar en el presente documento en un formato de intervalo. Debe entenderse que dicho formato de intervalo se utiliza simplemente por conveniencia y brevedad y debe interpretarse de manera flexible de forma que incluya no solo los valores numéricos mencionados explícitamente como límites del intervalo, sino de forma que también incluya todos los valores numéricos individuales o subintervalos abarcados dentro de ese intervalo como si cada valor numérico y subintervalo se citara explícitamente. Por ejemplo, se debe interpretar que un intervalo de temperatura de aproximadamente 120°C a aproximadamente 150°C incluye no solo los límites explícitamente citados de aproximadamente 120°C a aproximadamente 150°C, sino que también incluye subintervalos, tales como de 125°C a 145°C, de 130°C a 150°C, etc., así como cantidades individuales, incluidas cantidades fraccionarias, dentro de los intervalos especificados, tales como 122,2°C, 140,6°C y 141,3°C, por ejemplo.
El término "electrolito" se refiere en particular a un material que permite que migren iones, por ejemplo, Li+, a través del mismo pero que no permite la conducción de electrones a través del mismo. Los electrolitos son útiles para aislar eléctricamente el cátodo y los ánodos de una batería y al mismo tiempo permitir que se transmitan iones, por ejemplo, Li+, a través del electrolito. Por "electrolito sólido" según la presente invención se entiende en particular cualquier tipo de material por el que puedan moverse iones, por ejemplo, Li+, mientras el material se encuentra en estado sólido.
El término "dispositivo electroquímico" se refiere en particular a un dispositivo que genera y/o almacena energía eléctrica mediante, por ejemplo, procesos electroquímicos y/o electrostáticos. Los dispositivos electroquímicos pueden incluir celdas electroquímicas tales como baterías, en particular baterías en estado sólido. Una batería puede ser una batería primaria (es decir, de uso único o "desechable") o una batería secundaria (es decir, recargable).
Se entiende que el término "vehículo" o "vehicular" u otro término similar tal como se utiliza en el presente documento incluye vehículos de motor en general, tales como automóviles de pasajeros, incluidos vehículos utilitarios deportivos (SUV), autobuses, camiones, diversos vehículos comerciales, embarcaciones, incluida una diversidad de botese y barcos, aviones, y similares, e incluye vehículos híbridos, vehículos eléctricos, vehículos eléctricos híbridos enchufables, vehículos propulsados por hidrógeno y otros vehículos de combustibles alternativos (por ejemplo, combustibles derivados de recursos diferentes del petróleo). Tal como se menciona en el presente documento, un vehículo híbrido es un vehículo que posee dos o más fuentes de energía diferentes, por ejemplo, vehículos tanto propulsados por gasolina como eléctricos.
INVENCIÓN DETALLADA
El procedimiento de la invención se basa en la preparación de una solución homogénea que comprende especies iónicas. Por lo tanto, no involucra una suspensión.
Todas las especies involucradas en la preparación de tiofosfato de litio, por lo tanto, se disuelven en un disolvente y están en forma de especies iónicas tal como se ha mencionado anteriormente.
Una característica esencial del procedimiento de la invención es la temperatura T1 tal como se ha definido anteriormente. Así, el procedimiento de la invención se lleva a cabo a baja temperatura, en particular para disolver todas las especies y así obtener la solución S1 a la temperatura requerida.
Una vez preparada la solución S1, se lleva a cabo una etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente. A continuación se obtiene tiosulfato de litio en forma sólida, preferentemente en forma de polvo.
Preferentemente, la expresión "al menos una parte del disolvente" se refiere a al menos el 50% en peso de dicho disolvente, preferentemente al menos el 60% en peso de dicho disolvente.
Las especies de P en forma de (PS<4>)3- se obtienen preferentemente a partir de un precursor elegido del grupo que consiste en: P<2>S<5>, P<4>S<10>, P<4>S<9>y P4S9+x (con 0<x<1).
Las especies de Li en forma de Li+ se obtienen preferentemente a partir de un precursor elegido del grupo que consiste en: Li<2>S y LiHS.
El azufre restante en forma de polisulfuro se obtiene preferentemente a partir de un precursor elegido del grupo que consiste en: P<2>S<5>, P<4>S<10>, P<4>S<9>, P4S9+x (con 0<x<1), Li<2>S, S y LiHS.
Según una forma de realización, la solución S1 se obtiene mezclando sulfuro de litio y sulfuro de fósforo en el disolvente, a una temperatura que varía entre -200°C y 10°C, preferentemente entre -110°C y 0°C.
Según esta forma de realización, todos los reactantes se añaden ventajosamente juntos al disolvente a la temperatura T1.
Según otra forma de realización, la solución S1 tal como se ha definido anteriormente se obtiene realizando las etapas siguientes:
- obtener una solución precursora mezclando sulfuro de litio en el disolvente; y
- añadir sulfuro de fósforo a dicha solución precursora a una temperatura comprendida entre -200°C y 10°C, preferentemente entre -110°C y 0°C, para obtener dicha solución S1.
Según esta forma de realización, la solución S1 se prepara en dos etapas.
Preferentemente, la etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente de la solución S1 se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 30°C y 200°C, preferentemente entre 30°C y 100°C. Según una forma de realización, esta temperatura puede estar comprendida entre 35°C y 65°C.
La etapa de eliminación del disolvente puede realizarse aplicando medios convencionales, en particular mediante evaporación del disolvente.
Este intervalo de temperatura preferido para la eliminación del disolvente es ventajoso porque no se promueven reacciones secundarias a dichos valores de temperatura.
La preparación de la solución S1 puede realizarse en atmósfera inerte, al vacío o bajo un flujo de H<2>S.
Según una forma de realización, el procedimiento de la invención comprende una etapa adicional, después de la etapa de eliminación del disolvente. Preferentemente, después de la eliminación del disolvente se trata el tiofosfato de litio térmicamente a una temperatura comprendida entre 150°C y 700°C.
Dicha etapa consiste en un tratamiento térmico del tiosulfato de litio sólido obtenido después de la etapa de eliminación del disolvente.
Preferentemente, el disolvente utilizado en el procedimiento de la invención es capaz de disolver tiofosfato de litio, sulfuro de litio y sulfuro de fósforo. Tal como se ha mencionado anteriormente, este disolvente proporciona así una solución homogénea S1 tal como se ha definido anteriormente.
Según una forma de realización preferida, el disolvente es un alcohol alifático. De la forma más preferida, el disolvente se elige del grupo que consiste en: etanol, metanol y mezclas de los mismos.
Según una forma de realización preferida, la temperatura T1 está comprendida entre -110°C y 0°C, preferentemente entre -110°C y -10°C, y de la forma más preferida entre -100°C y -50°C, especialmente entre -90°C y -70°C. Por ejemplo, T1 es de aproximadamente -80°C.
Según una forma de realización específica, la temperatura utilizada durante la etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente de la solución S1 está comprendida entre 35°C y 65°C y la temperatura T1 está comprendida entre -110°C y -10°C, preferentemente entre -100°C y -50°C.
En particular, durante la preparación de la solución S1, la temperatura T1 permanece constante.
Ventajosamente, el procedimiento según la invención permite una desviación general y local mucho menor o incluso nula con respecto a la estequiometría.
Según una forma de realización, el tiofosfato de litio se elige del grupo que consiste en: Li3PS4, LizPS6, LÍ7P3S<u>y Li9,6P3S12.
El sulfuro de litio es generalmente un compuesto que incluye uno o más átomos de azufre y uno o más átomos de litio, o, alternativamente, uno o más grupos iónicos que contienen azufre y uno o más grupos iónicos que contienen litio. En determinados aspectos preferidos, el sulfuro de litio puede consistir en átomos de azufre y átomos de litio.
El sulfuro de fósforo es generalmente un compuesto que incluye uno o más átomos de azufre y uno o más átomos de fósforo, o, alternativamente, uno o más grupos iónicos que contienen azufre y uno o más grupos iónicos que contienen fósforo. En determinados aspectos preferidos, el sulfuro de fósforo puede consistir en átomos de azufre y átomos de fósforo. Los ejemplos de sulfuro de fósforo pueden incluir, pero sin limitación, P<2>S<5>, P<4>S<3>, P<4>S<10>, P<4>S<4>, P<4>S<5>, P<4>S<6>, P<4>S<7>, P<4>S<8>y P<4>S<9>.
Preferentemente, el sulfuro de litio puede incluir o es sulfuro de litio LhS, y el sulfuro de fósforo puede incluir o es pentasulfuro de fósforo P<2>S<5>.
La solución S1 puede comprender al menos el 50% en moles de especies de Li en forma de Li+, con respecto a la cantidad total en moles de sulfuro de litio añadida al disolvente, preferentemente al menos el 80% en moles de especies de Li en forma de Li+, de forma más preferida al menos el 95% en moles de especies de Li en forma de Li+.
La solución S1 puede comprender al menos especies de P en forma de (PS<4>)3- y (P<2>S<7>)4-.
La solución S1 puede comprender al menos el 50% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-, con respecto a la cantidad total en moles de sulfuro de fósforo añadida al disolvente, preferentemente al menos el 80% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-, de forma más preferida al menos el 95% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-, o incluso al menos el 99% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-.
Normalmente, una batería de litio en estado sólido incluye una capa de material activo de electrodo positivo que contiene un material activo de electrodo positivo, una capa de material activo de electrodo negativo que contiene un material activo de electrodo negativo y una capa de electrolito sólido formada entre la capa de material activo de electrodo positivo y la capa de material activo del electrodo negativo. Al menos una de la capa de material activo de electrodo positivo, la capa de material activo de electrodo negativo y la capa de electrolito sólido incluye un electrolito sólido que comprende un tiofosfato de litio, tal como se ha definido anteriormente.
FIGURAS
Figura 1: XRD del ejemplo 1 después de la síntesis. Las estrellas corresponden a Li7PS6.
Figura 2 : XRD del ejemplo 1 después de un recocido a 550°C. Las estrellas corresponden a Li7PS6, los triángulos corresponden a LiCl, los pentágonos corresponden a Li3PO4 y los hexágonos corresponden a Li<2>S.
Figura 3 : Espectro de RMN en estado sólido de 31P del ejemplo 1 antes del recocido. La estrella corresponde a PS<4>3-
Figura 4 : Espectro de RMN en estado sólido de 6Li del ejemplo 1 antes del recocido. La estrella corresponde a Li en Li7PS6.
Figura 5 : Espectro de RMN en estado sólido de 31P del ejemplo 1 después de un recocido a 550°C. La estrella corresponde a PS<4>3-; el círculo corresponde a PO<4>3- y el cuadrado corresponde a tiofosfato parcialmente oxidado. Otras señales son artefactos (bandas laterales giratorias).
Figura 6 : Espectro de RMN en estado sólido de 6Li del ejemplo 1 después de un recocido a 550°C. La estrella corresponde a Li en Li7PS6 y el triángulo corresponde a Li<2>S residual.
Figura 7 : RMN de 31P sobre Li7PS6 antes del recocido, disuelto en etanol anhidro el 10% de DMSO-D6. La estrella es PS<4>3- solvatado con etanol.
Figura 8 : Gráfico de Arrhenius de Li7PS6 recocido a 550°C.
EJEMPLO
El ejemplo siguiente sirve para ilustrar la invención, pero no tiene carácter limitante.
Difracción de rayos X:
Los difractogramas XRD de los polvos se adquirieron en un goniómetro XRD en geometría Bragg Brentano, con un tubo de rayos X de Cu (longitud de onda Cu K-alfa de 1,5406 Á). La disposición se puede utilizar en diferentes configuraciones ópticas, es decir, con rendijas de divergencia variable o fija, o rendijas de Soller. También se puede utilizar un dispositivo de filtrado en el lado primario, tal como un monocromador o una óptica Bragg Brentano HD de Panalytical. Si se utilizan rendijas de divergencia variable; el área iluminada típica es de 10 mm * 10 mm. El portamuestras se carga en un dispositivo giratorio; la velocidad de rotación es generalmente de 60 rpm durante la adquisición. Los ajustes del tubo operaban a 40 kV/30 mA para la adquisición de rendijas variables y a 45 kV/40 mA para la adquisición de rendijas fijas con óptica Bragg Brentano HD incidente. El paso de adquisición fue de 0,017° por paso. El intervalo angular es generalmente de 5° a 90° en dos theta o superior. El tiempo total de adquisición fue normalmente de 30 minutos o más prolongado.
Los polvos se cubren con una película de Kapton para evitar reacciones con la humedad del aire.
Mediciones de conductividad:
La conductividad se adquirió en gránulos producidos mediante una prensa uniaxial operada a 500 MPa.
La medición se realiza bajo una carga de 40 MPa y se utilizan dos láminas de papel carbón como colector de corriente en una celda de presión de MTI (BATTE-CELL-0067 EQ-PSC-15-P).
Los espectros de impedancia se adquieren en un dispositivo Biologic VMP3 y el control de la temperatura se garantiza mediante una cámara climática Binder. Se establece una duración de dos horas para permitir que la temperatura se equilibre entre dos mediciones.
La espectroscopia de impedancia se adquiere en modo PElS con una amplitud de 10 mV y un intervalo de frecuencias de 1 MHz a 1 kHz (25 puntos por década y una media de 50 mediciones por punto de frecuencia).
RMN en estado líquido
Los espectros de RMN en solución de 31P se registraron en un espectrómetro Bruker de 300 MHz equipado con una sonda QNP Z-GRD Z8352/107. El tiempo de relajación fue de 7 s. Los espectros se desacoplaron a partir de 1H.
RMN en estado sólido
Los espectros de RMN en estado sólido se registraron en un espectrómetro Bruker Avance 400 equipado con una sonda DVT4 de alta velocidad. Las mediciones de 31P y 6Li se realizaron mediante giro de ángulo mágico (MAS) a una velocidad de 10 kHz, en modo de pulso único con un tiempo de relajación D1 dependiendo del experimento (véase el ejemplo siguiente). Las mediciones de 7Li se realizaron en modo de pulso único estático con un tiempo de relajación D1 = 120 s. La referencia para RMN de 31P fue H<3>PO<4>al 85%, para RMN de 6Li una solución acuosa de LiCI 5 mol l-1.
Ejemplo 1 - Preparación de LÍ7PS6
Se pesó Li<2>S (724 mg, Albermale) en un matraz Schlenk de 100 ml, en una caja de guantes rellena de Ar con niveles de oxígeno y humedad en cada caso inferiores a 1 ppm. Se añadieron 30 ml de etanol anhidro (VWR, contenido de agua inferior a 50 ppm) al matraz. Después se extrajo el matraz de la caja de guantes y se conectó a una línea de N<2>/ vacío. La mezcla resultante se agitó durante 20 min en atmósfera inerte (nitrógeno seco).
Se pesó P<2>S<5>(574 mg, BK Giulini) se pesó en un matraz de tres bocas de 100 ml. Se enfrió a -80°C durante 30 min usando un baño de hielo seco/acetona, después la solución de Li<2>S anterior se transfirió rápidamente al matraz usando una cánula de teflón. Después, la solución se agitó durante 5 h mientras se mantenía la temperatura a -80°C. No se observaron más cambios. Después se eliminó lentamente el disolvente al vacío primario, en primer lugar a temperatura ambiente, después, cuando la solución se concentró a aproximadamente el 60% de su volumen inicial, se aumentó la temperatura a 50°C, y se dejó en este valor durante la noche. El producto resultante fue un polvo amarillo pálido. Se caracterizó por difracción de rayos X en polvo, RMN de MAS en estado sólido de 31P y 6Li y RMN estático de 7Li en estado sólido. El diagrama de XRD en polvo indica el predominio de la fase Li7PS6 bien cristalizada en su polimorfo de alta temperatura (grupo espacial F-43m). El espectro de RMN en estado sólido de 31P está de acuerdo con la presencia de entidades PS43- dentro del sólido.
La conductividad se ha medido mediante espectroscopía de impedancia en un gránulo del material, siendo de o = 6 x 10-7 S.cm-1 a temperatura ambiente.
Después, en una caja de guantes rellena de Ar, se molieron manualmente 325 mg de este sólido en un mortero de ágata y se transfirieron a un tubo de cuarzo sellado en un extremo (250 mm de longitud, 10 mm de diámetro interior y 1,1 mm de espesor de pared). El tubo se extrajo de la caja de guantes y se conectó rápidamente a una línea de vacío, equipada con un manómetro, a través de un tubo de vacío de PVC. Una vez la presión medida dentro del sistema fue inferior a 1 mbar, el tubo se selló usando un soplete alimentado con propano y oxígeno. El tubo sellado se calentó hasta 550°C dentro de un horno de mufla siguiendo una rampa de 2°C/min, y la temperatura se mantuvo a este valor durante 5 h. Una vez se hubo enfriado el horno a 30°C, el tubo se volvió a introducir dentro de la caja de guantes, se cortó con un cortador de carburo de tungsteno, y se recogió del interior el sólido de color pardo oscuro. Este sólido se caracterizó por difracción de rayos X en polvo, RMN de MAS de 31P y 6Li en estado sólido (D1 = 500 s y 3000 s, respectivamente) y espectroscopía de impedancia. Presenta la fase Li7PS6 en su polimorfo de alta temperatura (grupo espacial F-43m) con impurezas de LiCl, Li<2>S y Li3PO4. La conductividad de la muestra a temperatura ambiente es la más elevada notificada hasta ahora para este tipo de material, alcanzando 1,03 mS.cm-1 con energía de activación de 0,47 eV entre -20°C y 60°C.
Claims (11)
1. Un procedimiento de preparación de un tiofosfato de litio que comprende al menos una etapa de preparación de una solución S1 a una temperatura T1 comprendida entre -200°C y 10°C, comprendiendo dicha solución S1 un disolvente y al menos especies de P en forma de (PS<4>)3-, especies de Li en forma de Li+ y azufre restante en forma de polisulfuro, seguida de una etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente de dicha solución S1 para obtener tiofosfato de litio.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución S1 se obtiene mezclando sulfuro de litio y sulfuro de fósforo en el disolvente, a una temperatura comprendida entre -200°C y 10°C.
3. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la solución S1 se obtiene a partir de las etapas siguientes: - obtener una solución precursora mezclando sulfuro de litio en el disolvente;
- añadir sulfuro de fósforo a dicha solución precursora a una temperatura comprendida entre -200°C y 10°C para obtener dicha solución S1.
4. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la preparación de la solución S1 se realiza en una atmósfera inerte, al vacío o bajo un flujo de H<2>S.
5. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que después se trata tiofosfato de litio térmicamente a una temperatura comprendida entre 150°C y 700°C.
6. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el disolvente es capaz de disolver tiofosfato de litio, sulfuro de litio y sulfuro de fósforo.
7. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el disolvente es un alcohol alifático.
8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el tiofosfato de litio se elige del grupo constituido por: Li3PS4, Li7PS6, LizP3Sn y Li9.6P3S12.
9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la solución S1 comprende al menos el 50% en moles de especies de Li en forma de Li+, con respecto a la cantidad total en moles de sulfuro de litio añadida al disolvente, preferentemente al menos el 80% en moles de especies de Li en forma de Li+, de forma más preferida al menos el 95% en moles de especies de Li en forma de Li+.
10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la solución S1 comprende al menos el 50% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-, con respecto a la cantidad total en moles de sulfuro de fósforo añadida al disolvente, preferentemente al menos el 80% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-, de forma más preferida al menos el 95% en moles de especies de P en forma de (PS<4>)3-.
11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la temperatura T1 está comprendida entre -100°C y -50°C y la etapa de eliminación de al menos una parte del disolvente de la solución S1 se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 35°C y 65°C.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19306493 | 2019-11-20 | ||
| PCT/EP2020/082993 WO2021099626A1 (en) | 2019-11-20 | 2020-11-20 | Preparation method of lithium thiophosphate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2992661T3 true ES2992661T3 (en) | 2024-12-16 |
Family
ID=68917811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES20808130T Active ES2992661T3 (en) | 2019-11-20 | 2020-11-20 | Preparation method of lithium thiophosphate |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230352727A1 (es) |
| EP (1) | EP4061773B1 (es) |
| JP (1) | JP7692415B2 (es) |
| KR (1) | KR102938244B1 (es) |
| CN (1) | CN114728803B (es) |
| CA (1) | CA3156434A1 (es) |
| ES (1) | ES2992661T3 (es) |
| HU (1) | HUE067037T2 (es) |
| PL (1) | PL4061773T3 (es) |
| WO (1) | WO2021099626A1 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7763202B2 (ja) * | 2023-03-24 | 2025-10-31 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 非水電解質二次電池 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3002695B1 (fr) * | 2013-02-28 | 2021-04-02 | I Ten | Procede de fabrication d'une batterie monolithique entierement solide |
| JP6179558B2 (ja) * | 2015-06-12 | 2017-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム組成物の製造方法および硫化物固体電解質材料の製造方法 |
| JP6923173B2 (ja) * | 2016-12-14 | 2021-08-18 | 出光興産株式会社 | 硫黄含有複合体、その製造方法、及び固体電解質の製造方法 |
| CN108238616A (zh) * | 2016-12-23 | 2018-07-03 | 华中科技大学 | 一种立方相硫化物及其制备方法 |
| RU2751545C2 (ru) | 2017-03-22 | 2021-07-14 | Мицубиси Газ Кемикал Компани, Инк. | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОГО ЭЛЕКТРОЛИТА, СОДЕРЖАЩЕГО Li3PS4 |
| JP6589940B2 (ja) * | 2017-06-06 | 2019-10-16 | トヨタ自動車株式会社 | 硫化物固体電解質材料の製造方法 |
| JP7071899B2 (ja) | 2017-09-06 | 2022-05-19 | 出光興産株式会社 | 固体電解質の製造方法 |
| US10879559B2 (en) * | 2017-09-06 | 2020-12-29 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Method for producing solid electrolyte |
| KR20190066792A (ko) * | 2017-12-06 | 2019-06-14 | 현대자동차주식회사 | 아지로다이트형 결정구조를 갖는 전고체 전지용 황화물계 고체 전해질의 제조 방법 |
| KR102507008B1 (ko) * | 2017-12-20 | 2023-03-06 | 현대자동차주식회사 | 단일 원소로부터 유래된 아지로다이트형 결정구조를 갖는 전고체 전지용 황화물계 고체전해질 및 이의 제조방법 |
| KR102552153B1 (ko) * | 2018-04-18 | 2023-07-05 | 현대자동차주식회사 | 전고체 전지용 황화물계 고체 전해질의 제조 방법 |
| US11325096B2 (en) | 2018-07-24 | 2022-05-10 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Microwave synthesis of lithium thiophosphate composite materials |
-
2020
- 2020-11-20 PL PL20808130.7T patent/PL4061773T3/pl unknown
- 2020-11-20 ES ES20808130T patent/ES2992661T3/es active Active
- 2020-11-20 KR KR1020227020355A patent/KR102938244B1/ko active Active
- 2020-11-20 JP JP2022529013A patent/JP7692415B2/ja active Active
- 2020-11-20 CN CN202080080509.5A patent/CN114728803B/zh active Active
- 2020-11-20 US US17/778,804 patent/US20230352727A1/en active Pending
- 2020-11-20 WO PCT/EP2020/082993 patent/WO2021099626A1/en not_active Ceased
- 2020-11-20 EP EP20808130.7A patent/EP4061773B1/en active Active
- 2020-11-20 HU HUE20808130A patent/HUE067037T2/hu unknown
- 2020-11-20 CA CA3156434A patent/CA3156434A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114728803B (zh) | 2024-08-27 |
| CA3156434A1 (en) | 2021-05-27 |
| HUE067037T2 (hu) | 2024-09-28 |
| PL4061773T3 (pl) | 2024-08-12 |
| WO2021099626A1 (en) | 2021-05-27 |
| JP2023503049A (ja) | 2023-01-26 |
| EP4061773A1 (en) | 2022-09-28 |
| EP4061773B1 (en) | 2024-04-03 |
| KR102938244B1 (ko) | 2026-03-12 |
| CN114728803A (zh) | 2022-07-08 |
| US20230352727A1 (en) | 2023-11-02 |
| JP7692415B2 (ja) | 2025-06-13 |
| KR20220116449A (ko) | 2022-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2974257T3 (es) | Procedimiento de preparación de argirodita de litio | |
| ES2917401T3 (es) | Método para preparar un electrolito sólido para una batería totalmente sólida con una estructura cristalina de tipo argirodita | |
| JP6932083B2 (ja) | リチウム−硫黄電池用ガラスセラミック電解質 | |
| KR102810119B1 (ko) | 전기화학 전지용 첨가제 | |
| Xu et al. | Interface layer formation in solid polymer electrolyte lithium batteries: an XPS study | |
| EP3758110A1 (en) | Layered active material for na-ion batteries | |
| ES3002242T3 (en) | Separator for lithium-sulfur battery, method of manufacting such separator, and lithium-sulfur battery comprising such separator | |
| KR102528313B1 (ko) | 재충전식 전지에서 고정화된 칼코겐 및 이의 용도 | |
| ES2992661T3 (en) | Preparation method of lithium thiophosphate | |
| EP3900101A1 (en) | High efficiency electrolytes for high voltage battery systems | |
| US20230146958A1 (en) | New solid sulfide electrolytes | |
| Hashimoto et al. | Design of polymer network and Li+ solvation enables thermally and oxidatively stable, mechanically reliable, and highly conductive polymer gel electrolyte for lithium batteries | |
| ES2951830T3 (es) | Separador para batería de litio-azufre, método de fabricación del mismo y batería de litio-azufre que comprende el mismo | |
| US20250091901A1 (en) | Recovery method of active material | |
| CA3157948C (en) | Preparation method of lithium argyrodite | |
| JP2024512192A (ja) | 柔粘性イオン結晶、これを含む組成物、これを製造する方法およびその使用 | |
| US20250096312A1 (en) | Engineering of glass-ceramic solid-state electrolytes with antiperovskite crystal structure in the microwave radiation environment | |
| Wahyudi | Unraveling the Microstructure of Organic Electrolytes for Applications in Lithium-Sulfur Batteries | |
| KR20260042351A (ko) | 리튬-황 배터리용 가넷-전자쌍 공여체 하이브리드 전해질을 안정화하는 방법 | |
| JPH08885B2 (ja) | 固形電解質組成物 | |
| CA3147348A1 (en) | New method for the preparation of a li-p-s product and corresponding products | |
| Li | Electrode Materials for Rechargeable Lithium and Sodium Batteries | |
| Scanlon et al. | conductivity for the pressed pellet is on the order of 104 S/cm from |