本發(fā)明屬于高通量篩選領(lǐng)域，涉及一種高通量篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的方法。

背景技術(shù)：

1、基于硫化物固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池有著高安全性和高能量密度的優(yōu)勢，而其中高性能的硫化物固體電解質(zhì)材料是其中的重點(diǎn)。如何高效地篩選出高性能的硫化物固體電解質(zhì)材料成為目前的重點(diǎn)之一。

2、硫化物固體電解質(zhì)原材料的傳統(tǒng)混合方式主要有兩種：一種是液相法，將固體電解質(zhì)原材料以一定比例置于高純度有機(jī)溶劑中進(jìn)行均勻混合，混合后將溶劑去除并進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，得到固體電解質(zhì)材料。這種方法只能一次合成一種電解質(zhì)配方，且處理溶劑非常麻煩，不便于進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。另一種是固相法，將固體電解質(zhì)原材料以一定比例混合于球磨罐中，通過添加一定球料比的球磨珠，經(jīng)過高能球磨等方式得到混合均勻的硫化物固體電解質(zhì)原材料。采用行星球磨一次可以合成四種電解質(zhì)配方，這種球磨方式仍然難以一次大規(guī)模合成幾種不同配方電解質(zhì)。目前市面上最小的行星球磨罐為50ml，需要一次添加的原材料的量約為2g，一次成本較高，且功率約為0.55kw，儀器質(zhì)量為55kg。

3、采用傳統(tǒng)高能球磨方式混合硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體耗時(shí)過長，一次需要大量的前驅(qū)體原料來研究配方，高能球磨耗能較大，且設(shè)備價(jià)格昂貴，無法實(shí)現(xiàn)低成本高通量的固體電解質(zhì)配方的篩選。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種高通量篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的方法。本發(fā)明采用的漩渦球磨儀來快速制備篩選出高性能的硫化物固體電解質(zhì)材料，由于有機(jī)溶劑易與硫化物發(fā)生反應(yīng)，故采用不添加有機(jī)溶劑的干法混合方式。該方法可以在短時(shí)間（150s）一次制備出少量(0.02~0.1g)且大批次(8-48種)的硫化物電解質(zhì)，大大提高篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的效率，有助于實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種高通量篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的方法，所述方法包括以下步驟：

4、s1、按照li6-xps5-xcl1+x的化學(xué)計(jì)量比，稱量硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體分別進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速的漩渦球磨，分別將進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速漩渦球磨后的硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體進(jìn)行壓片、封裝燒結(jié)，得到硫化物固體電解質(zhì)，確定硫化物固體電解質(zhì)的最高鋰離子電導(dǎo)率對應(yīng)的漩渦球磨的最佳轉(zhuǎn)速；其中， x=0；

5、s2、在步驟s1的最佳轉(zhuǎn)速下，按照li6-xps5-xcl1+x的化學(xué)計(jì)量比稱量8-48種硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體，同時(shí)進(jìn)行漩渦球磨，將漩渦球磨后的硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體進(jìn)行壓片、封裝燒結(jié)，得到硫化物固體電解質(zhì)，確定硫化物固體電解質(zhì)的最高鋰離子電導(dǎo)率對應(yīng)的最佳配方；其中，x=0.30~0.65。

6、作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，步驟s1中，所述硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體包括硫化鋰、五硫化二磷、鹵化鋰。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，所述鹵化鋰包括氯化鋰。

7、作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，步驟s1中，所述漩渦球磨的轉(zhuǎn)速為100~3000?rpm。

8、優(yōu)選地，步驟s1中，所述漩渦球磨的轉(zhuǎn)速為800~2000?rpm。

9、作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，步驟s1或s2中，所述漩渦球磨采用漩渦球磨儀，所述漩渦球磨儀的容量不超過15ml；所述（每種）硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體的質(zhì)量為0.02~0.1g。容量或用量過高會使混合效果較差，進(jìn)而導(dǎo)致離子電導(dǎo)率較低。

10、進(jìn)一步地，所述漩渦球磨的功率不超過20w。

11、在一些優(yōu)選實(shí)施例中，漩渦球磨儀為上海力辰科技lc-vortex?ms；漩渦球磨儀的容積為15ml，功率為20w。

12、作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，步驟s1或s2中，所述漩渦球磨包括：先正向球磨，再進(jìn)行倒置球磨，重復(fù)5-7次。重復(fù)正向倒置球磨，可以使得混料更加充分，從而提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。

13、進(jìn)一步地，正向球磨或倒置球磨的時(shí)間為30s~40s。本發(fā)明可以在短時(shí)間（150s）一次制備出少量(0.1g)且大批次的硫化物電解質(zhì)。

14、作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，步驟s1或s2中，所述漩渦球磨采用的球磨珠包括氧化鋯球磨珠；漩渦球磨的球料比20：1~40：1。

15、進(jìn)一步地，所述燒結(jié)的溫度為480-500℃，時(shí)間為5-10h。

16、在一些優(yōu)選實(shí)施例中，li6-xps5-xcl1+x的化學(xué)計(jì)量比中包括x=0.30，0.35，0.40，0.45，0.50，0.55，0.60，0.65。本發(fā)明的篩選方法一次制備出少量且大批次(8種以上)的硫化物電解質(zhì)。

17、在一些優(yōu)選實(shí)施例中，最佳轉(zhuǎn)速為1600rpm；最佳配方為li5.4ps4.4cl1.6，對應(yīng)鋰離子電導(dǎo)率為5.9?ms/cm。

18、本發(fā)明將8組硫化物電解質(zhì)的前驅(qū)體（如硫化鋰、五硫化二磷和鹵化鋰等）按照li6-xps5-xcl1+x( x=0.30，0.35，0.40，0.45，0.50，0.55，0.60和0.65)進(jìn)行稱量，每組共計(jì)約0.1g，分別加入到一定體積的玻璃稱量瓶中，其中球料比20：1~40：1，球磨珠的材質(zhì)為氧化鋯。置于漩渦球磨儀（上海力辰科技lc-vortex?ms）的插孔中，以100~3000rpm轉(zhuǎn)速均勻混合20s~40s，然后將稱量瓶顛倒后再均勻混合20s~40s，重復(fù)5次后結(jié)束。將混合均勻后的固體電解質(zhì)粉體取出，壓片后石英管封裝后再燒結(jié)，最終得到硫化物固體電解質(zhì)。經(jīng)過測試后確定8組中最佳配方。

19、本發(fā)明可以在短時(shí)間（150s）一次制備出少量(0.1g)且大批次(8種以上)的硫化物電解質(zhì)，大大提高篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的效率，有助于實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。

20、第二方面，本發(fā)明提供一種所述方法篩選得到的高性能硫化物固體電解質(zhì)配方。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

22、1、本發(fā)明首創(chuàng)性采用漩渦球磨法進(jìn)行高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的篩選，其轉(zhuǎn)速高，球磨效率高，漩渦球磨時(shí)間短；同時(shí)創(chuàng)造性添加球磨珠，可以更快地混勻，大幅度縮減時(shí)間，僅僅150s即可快速地將硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體粉料混合均勻。

23、2、本發(fā)明通過在低容量下進(jìn)行短程高速漩渦球磨，固體粉體和球磨珠呈漩渦狀，能將附在管壁上的固體粉體幾乎全部混勻，一方面可以大大減少探索配方需要的硫化物固體電解質(zhì)前驅(qū)體量，一次僅僅需要0.1g的前驅(qū)體原料來制備高性能的硫化物電解質(zhì)配方，大大降低成本；另一方面，低容量漩渦球磨可以提升前驅(qū)體原料的混合充分性，從而篩選出離子電導(dǎo)率更高的硫化物固體電解質(zhì)配方。

24、3、本發(fā)明采用的漩渦球磨法可以混合大批次(8-48種)的硫化物電解質(zhì)，大大提高篩選高性能硫化物固體電解質(zhì)配方的效率，有助于實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展。

25、4、本發(fā)明通過顛倒球磨的漩渦球磨方式，同時(shí)添加球磨珠，一同提升前驅(qū)體原料的混合充分性，從而提高硫化物固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率，進(jìn)而篩選出高性能硫化物固體電解質(zhì)配方。

26、5、本發(fā)明采用直流無刷電機(jī)，相比高能球磨電機(jī)，功率低（20w）且效率高，儀器小巧且價(jià)格低，進(jìn)一步降低高通量篩選成本。