储能科学与技术 ›› 2016, Vol. 5 ›› Issue (4): 462-468.doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.008

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复合法制备高锂离子电导率硫化物固体电解质

陶益成1,2，陈少杰2，陈晓添2，彭  刚2，吕战鹏1，许晓雄2   

  1. 1上海大学材料科学与工程学院，上海 200444；2 中国科学院宁波工业技术研究院（筹），浙江 宁波 315201
  • 收稿日期:2016-02-01 修回日期:2016-02-19 出版日期:2016-07-01 发布日期:2016-07-01
  • 通讯作者: 许晓雄，研究员，主要研究方向为全固态锂电池，E-mail：xuxx@nimte.ac.cn；陈少杰，助理研究员，主要研究方向为固体电解质材料与应用，E-mail：chenshaojie @nimte.ac.cn。
  • 作者简介:陶益成（1990—），男，硕士研究生，主要研究方向为固体电解质材料，E-mail：taoyicheng@nimte.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.51502317），中国科学院战略性先导专项（A类）（No. XDA09010201）

Compounding preparation of novel solid electrolyte with high lithium ion conductivity

TAO Yicheng 1,2, CHEN Shaojie 2, CHEN Xiaotian 2, PENG Gang 2, LV Zhanpeng 1, XU Xiaoxiong 2   

  1. 1 School of Materials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China; 2 Ningbo Institute of Industrial Technology, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, Zhejiang, China
  • Received:2016-02-01 Revised:2016-02-19 Online:2016-07-01 Published:2016-07-01

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摘要：

将二元硫化物固体电解质75Li2S·24P2S5·1P2O5（LPOS）的非晶前驱体与三元硫化物电解质Li10GeP2S12（LGPS）前驱体按不同质量比均匀混合后，在270℃下进行烧结制备得到系列新型固体电解质材料 (1ω%)LPOS·ω%(t-LGPS)（ω=3、5、7、10）。当ω=5时，制得的新型固体电解质95%LPOS·5%(t-LGPS) 在室温下具有最佳的离子电导率1.0×103 S/cm。采用XRD、EIS、SEM等手段对该新型电解质材料的结构、形貌及电化学性能等进行了系统表征，并对电导率提高的机理进行了探讨。构建的全固态锂电池LiCoO2/95%LPOS·5%(t-LGPS)/Li表现出良好的电池性能，在25℃、0.1 C下，电池首周放电容量为115.7 mA·h/g，循环20圈后仍有80.38%的容量保持率。

关键词: 固体电解质, 复合法, 锂离子电导率, 机理研究, 全固态锂电池

Abstract:

(1-ω%)LPOS·ω%(t-LGPS)(ω=3, 5, 7, 10) are prepared by mixing the glass precursor of sulfide solid electrolyte 75Li2S·24P2S5·1P2O5 (LPOS) and Li10GeP2S12 (LGPS) precursor in different proportions and sintering the mixture at 270 ℃ for 4.5 hours. The prepared 95%LPOS·5%(t-LGPS) presents the highest conductivity of 1.0×10-3 S·cm-1 at room temperature. The prepared novel solid electrolyte was characterized systematically by XRD, EIS and SEM, et al., furthermore, the probable mechanism of the conductivity enhanced has been discussed. The all-solid-state cell with a structure of LiCoO2/95%LPOS·5%(t-LGPS)/Li shows a discharge capacity of 115.7 mA·h·g-1 at 0.1 C and high capacity retention 80.38% after 20 cycles at 25 ℃, which are better than these of the cell use the LPOS as electrolyte.

Key words: solid electrolyte, compound method, lithium ion conductivity, mechanism research, all-solid-state lithium cell