一种新型非晶态快离子导体材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种新型非晶态快离子导体材料及其制备方法，所述的新型非晶态快离子导体材料的组成按化学式表示为：(100mol％-x)Ag

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，尤其涉及一种新型非晶态快离子导体材料及其制备方法。

背景技术

快离子导体，又称固态电解质，是指在一定温度范围内具有和液态电解质相比拟的高离 子电导率和低的离子激活能的一类固体材料。快离子非晶态材料具有成形性好、各向同性、 化学成分和性能在一定范围内连续可调、不可燃、高的离子电导率等优点，更重要的是这些 材料与相同成分的晶体材料相比电导率高，因此被认为是实现高能二次电池“全固体化”的 理想电解质材料。在电化学贮能、电化学器件、高能密度电池等许多领域具有诱人的应用前 景，引起人们极大的关注和兴趣。

快离子导体材料分为晶态和非晶态两种。晶体快离子导体常用粉末烧结法制备。为获得 均匀一致的材料，需进行研磨压片热处理等一系列复杂过程。这一过程需要重复多次，另外 样品制备过程还很容易混入杂质，降低材料的电导率。与相应组成晶态材料相比，因含大量 自由体积而呈开放结构，非晶态材料一般具有更高的离子电导率(部分具有特种结构的快离 子导电晶体除外)以及具有不存在晶界、成分连续可调等优点。

Ag⁺导电材料是一类具有高离子电导率的快离子导体材料，其中最典型的AgI晶体在室温 时离子导电率可达10^-4S/cm，其在高于147℃条件下的α-AgI相，离子电导率则跃升至 10^-2S/cm；因而AgI与其他物质复合制备快离子导体材料，尤其是非晶态快离子导体材料， 是当今研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型非晶态快离子导体材料及其制备方法，本方法将AgI与 Ag₃PS₄进行复合，通过高能球磨法制备出一种新型的非晶态快离子导体材料，整个制备过程 反应条件温和，操作简单，制备的非晶态快离子导体离子导电率较高，稳定性较好。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

一种新型非晶态快离子导体材料，它的组成按化学式表示为：(100mol％-x) Ag₃PS₄·xAgI，其中，x＝10～85mol％。

一种新型非晶态快离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)选取原料：按照化学式(100mol％-x)Ag₃PS₄·xAgI，其中，x＝10～85mol％；选取Ag₂S、 P₂S₅、AgI三种原料备用，其中Ag₂S:P₂S₅＝3:1；

2)配料：在充满惰性气氛的环境中，将步骤1)中三种原料研磨，经研磨混合制成配合 料后，置于球磨罐中，同时，称取适量研磨球，其中球料比为10:1～20:1，量取适量研磨助剂 置于球磨罐中，并将球磨罐在惰性气氛保护下密封；

3)将密封好的球磨罐置于球磨机中，将球磨罐以500～800rpm的转速球磨≥10h；

4)将球磨好的样品置于真空环境中干燥制得所述的非晶态材料。

上述方案中，所述步骤2)中的研磨助剂为正己烷或正庚烷，用量为3-5ml。

上述方案中，所述步骤3)中的球磨时间为10-15h。

上述方案中，所述步骤4)的干燥温度为60～80摄氏度，干燥时间为4～8h。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种新型非晶态快离子导体材料及其制备方法，所 述快离子导体材料为非晶态，通过高能球磨技术制得，突破同组分物质在熔融淬冷法条件下 无法得到非晶态材料的限制，其中，在球磨过程中，首先Ag₂S与P₂S₅在高能球磨的作用下， 形成Ag₃PS₄的非晶态材料，然后该非晶态材料与AgI进行复合(此过程有利于非晶态材料的 合成，且易形成Ag⁺快速迁移的通道，有益于材料离子导电率的提高)，在高能球磨的条件下， 形成所述的非晶态快离子导体材料。整个制备流程工艺简单，反应条件温和，易于操作，制 得的非晶态快离子导体材料在室温下有着较高的离子电导率，且稳定性较好。

附图说明

图1为实施例1制备的非晶态快离子导体材料的XRD图谱。

图2为实施例1制备的非晶态快离子导体材料的交流阻抗图谱。

具体实施方式

为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例进一步 阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。

实施例1

本实施例提供一种新型非晶态快离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在氩气气氛保护的手套箱中，按照化学表达式为：90％Ag₃PS₄-10％AgI，其中，90％， 10％为各化合物的摩尔百分含量；选取Ag₂S、P₂S₅、AgI三种原料备用，其中Ag₂S:P₂S₅＝3:1 (摩尔比)，称取Ag₂S 1.0956g，P₂S₅0.3276g、AgI 0.0769g，将三种原料充分混合后制成混 合料，将混合料置于球磨罐中。

(2)、称取二氧化锆研磨球30g(球料比为20：1)于球磨罐中，同时量取研磨助剂正己 烷4ml于球磨罐中，在氩气气氛保护下，密封球磨罐。

(3)、将密封好的球磨罐放入高能球磨机(Fritsch Pulverisette 7)中，在转速为600rpm 的条件下，球磨15h，进行高能球磨反应。

(4)、将球磨好的样品取出，在真空环境下，以70℃的条件干燥6h，制得所述的非晶态 快离子导体材料。

将制得的非晶态快离子导体材料进行X射线衍射测试，对其中的物相进行表征。通过压 片机压片，将制得的非晶态材料压制成为直径为1.25cm，厚度为1.5mm的圆片，进行阻抗测 试。

图1为制得的快离子导体材料的XRD图谱，在球磨30min后，Ag₂S与P₂S₅在高能球磨 条件下生成Ag₃PS₄非晶态材料，而球磨制得的最终样品为非晶态材料。图2为制得的快离子 导体材料在室温下的交流阻抗谱，从曲线的拐点处可以知道该电解质材料的电阻为728.8Ω， 经公式σ＝d/(R×A)计算，可知该电解质材料的室温离子电导率可达1.68×10^-4S/cm。

实施例2

本实施例提供一种新型非晶态快离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在氩气气氛保护的手套箱中，按照化学表达式为：50％Ag₃PS₄·50％AgI，其中， 50％，50％为各化合物的摩尔百分含量；选取Ag₂S、P₂S₅、AgI三种原料备用，其中Ag₂S:P₂S₅＝3:1 (摩尔比)，称取Ag₂S 0.7770g，P₂S₅0.2323g、AgI 0.4907g，将三种原料充分混合后制成混 合料，将混合料置于球磨罐中。

(2)、称取二氧化锆研磨球30g(球料比为20：1)于球磨罐中，同时量取研磨助剂正己 烷4ml于球磨罐中，在氩气气氛保护下，密封球磨罐。

(3)、将密封好的球磨罐放入高能球磨机(Fritsch Pulverisette 7)中，在转速为600rpm 的条件下，球磨15h，进行高能球磨反应。

(4)、将球磨好的样品取出，在真空环境下，以70℃的条件干燥6h，制得所述的非晶态 快离子导体材料。

将制得的非晶态快离子导体材料进行X射线衍射测试，对其中的物相进行表征。通过压 片机压片，将制得的非晶态材料压制成为直径为1.25cm，厚度为1.5mm的圆片，进行阻抗测 试。

图1为制得的快离子导体材料的XRD图谱，由图中可知制得的快离子导体材料为非晶态 物质。图2为制得的快离子导体材料在室温下的交流阻抗谱，从曲线的拐点处可以知道该电 解质材料的电阻为375.7Ω，经公式σ＝d/(R×A)计算，可知该电解质材料的室温离子电导率可 达3.26×10^-4S/cm。

实施例3

本实施例提供一种新型非晶态快离子导体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、在氩气气氛保护的手套箱中，按照化学表达式为：20％Ag₃PS₄·80％AgI，其中， 20％，80％为各化合物的摩尔百分含量；选取Ag₂S、P₂S₅、AgI三种原料备用，其中Ag₂S:P₂S₅＝3:1 (摩尔比)，称取Ag₂S 0.3921g，P₂S₅0.1172g、AgI 0.9906g，将三种原料充分混合后制成混 合料，将混合料置于球磨罐中。

(2)、称取二氧化锆研磨球30g(球料比为20：1)于球磨罐中，同时量取研磨助剂正己 烷4ml于球磨罐中，在氩气气氛保护下，密封球磨罐。

(3)、将密封好的球磨罐放入高能球磨机(Fritsch Pulverisette 7)中，在转速为600rpm 的条件下，球磨15h，进行高能球磨反应。

(4)、将球磨好的样品取出，在真空环境下，以70℃的条件干燥6h，制得所述的非晶态 快离子导体材料。

将制得的非晶态快离子导体材料进行X射线衍射测试，对其中的物相进行表征。通过压 片机压片，将制得的非晶态材料压制成为直径为1.25cm，厚度为1.5mm的圆片，进行阻抗测 试。

图1为制得的快离子导体材料的XRD图谱，由图中可知制得的快离子导体材料为非晶态 物质。图2为制得的快离子导体材料在室温下的交流阻抗谱，从曲线的拐点处可以知道该电 解质材料的电阻为138.4Ω，经公式σ＝d/(R×A)计算，可知该电解质材料的室温离子电导率可 达8.84×10^-4S/cm。