离子传导化合物及其相关用途的制作方法

本发明提供包含离子传导化合物的制品、组合物和方法。在一些实施方案中，离子传导化合物可以用于电化学电池中。

背景技术：

1、含有锂化合物的电化学电池和包含这种电池的电池组是用于储存能量的现代装置。它们在电容和寿命方面优于某些传统二次电池，并在许多情况下可以避免使用毒性材料例如铅。但是，与传统的基于铅的二次电池相比，还有许多尚未解决的技术问题。

2、已经研究了基于包含锂化金属氧化物例如licoo2、limn2o4和lifepo4的阴极的二次电池。但是，一些这种电池在电容方面受到限制。因此，已经试图改进电极材料。特别有前途的是所谓的锂硫电池。在这种电池中，锂将被氧化并转化成硫化锂，例如li2s8-a，其中a是0-7的数值。在再充电期间，锂和硫将再生。这种二次电池具有高电容的优点。

3、已经知道具有不同组成和性质的硫化物材料是锂离子的导体(例如li2sx/p2s5玻璃，衍生自li2sx/p2s5的玻璃陶瓷，li7p3s11，硫代-lisicon，含氧硫化物玻璃)。但是，这些材料可能存在的问题是例如对于液体有机电解质溶液的稳定性低，对于金属锂或高电压阴极材料的稳定性不足，对于湿分和/或空气的极度敏感性，和/或固有的低离子传导率。

4、因此，仍然需要改进的对于锂离子的离子传导化合物。

技术实现思路

1、本文提供涉及离子传导化合物的制品、组合物和方法。在一些实施方案中，离子传导化合物可以用于电化学电池中。

2、在一些情况下，本发明的主题涉及嵌入式产品，对于具体问题的其它解决方案，和/或一种或多种体系和/或制品的多种不同用途。

3、在一个方面中提供化合物。在一些实施方案中，此化合物具有式(i)所示的组成：

4、li2xsx+w+5zmyp2z   (i)

5、其中m选自镧系元素、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第12族、第13族和第14族的原子，及其组合；x是8-16，y是0.1-6，w是0.1-15，并且z是0.1-3。

6、在涉及上文和这里所述的化合物的某些实施方案中，式(i)化合物是结晶的。在涉及上文和这里所述的化合物的某些实施方案中，式(i)化合物是无定形的。

7、在另一方面中提供用于电化学电池中的制品。在一些实施方案中，此制品包含式(i)化合物：

8、li2xsx+w+5zmyp2z   (i)

9、其中m是选自镧系元素、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第12族、第13族和第14族的原子，及其组合；x是8-16，y是0.1-6，w是0.1-15，并且z是0.1-3。在涉及上文和这里所述的制品的某些实施方案中，此制品包含含有式(i)化合物的层。在涉及上文和这里所述的制品的某些实施方案中，所述制品包含沉积在层上的式(i)化合物。

10、在另一方面中提供方法。在一些实施方案中，所述方法包括将将含有元素li、s、p和m原子的前体的混合物在400-900℃的温度下加热3-24小时；冷却此混合物；和形成含有式(i)化合物的多个粒子：

11、li2xsx+w+5zmyp2z(i)

12、其中m选自镧系元素、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第12族、第13族和第14族的原子，及其组合；x是8-16，y是0.1-6，w是0.1-15，并且z是0.1-3。在某些实施方案中，混合物包含xli2s、ymsa和/或zpbsc，其中a是0-8，b是0-2，并且c是0-8，以使b+c是1或更大。

13、在一些实施方案中，所述方法包括在层上沉积含有式(i)化合物的多个粒子：

14、li2xsx+w+5zmyp2z(i)

15、其中m选自镧系元素、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第12族、第13族和第14族的原子，及其组合；x是8-16，y是0.1-6，w是0.1-15，并且z是0.1-3。

16、在涉及上文和这里所述的方法的某些实施方案中，在加热之前，将混合物通过球磨研磨进行混合。在涉及上文和这里所述的方法的某些实施方案中，加热混合物的操作是在0.1-0.3mpa的压力下进行。在涉及上文和这里所述的方法的某些实施方案中，在层上沉积含有式(i)化合物的多个粒子的操作包括气溶胶沉积或真空沉积。在涉及上文和这里所述的方法的某些实施方案中，用于沉积粒子的层是电极、锂金属层、保护层或分隔器。

17、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，x是10或更大。

18、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，y是1。

19、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，w等于y、1.5y或2y。

20、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，z是1。

21、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，m是选自硅，锡，锗，锌，铁，锆，铝，及其组合。

22、在涉及上文和这里所述的化合物、制品和/或方法的某些实施方案中，式(i)化合物具有立方结构。

23、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，所述制品或方法包含含有式(i)化合物的多个粒子。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，所述制品或方法包含层，所述层包含含有式(i)化合物的多个粒子。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，多个粒子具有大于或等于10nm且小于或等于100微米的平均最大截面尺寸。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，多个粒子具有大于或等于10-4s/cm的平均离子传导率。

24、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层与电极直接接触。

25、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层是分隔器。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层具有大于或等于1微米且小于或等于50微米的平均厚度。

26、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层是保护层。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层具有大于或等于1纳米且小于或等于10微米的平均厚度。

27、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层是固体电解质层。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层具有大于或等于50nm且小于或等于25微米的平均厚度。

28、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层是锂嵌入式电极。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层具有大于或等于10-4s/cm的平均离子传导率。

29、在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层的至少一部分是结晶的。在涉及上文和这里所述的制品和/或方法的某些实施方案中，含有式(i)化合物的层是无定形的。

30、在另一个方面中，提供电化学电池。在一些实施方案中，电化学电池包含如上文和这里所述的制品。在涉及上文和这里所述的电化学电池的某些实施方案中，电化学电池包含液体电解质，含有锂或硅的阳极，和/或含有硫或锂嵌入物质的阴极。

31、本发明的其它优点和新特征将从以下关于本发明各种非限制性实施方案的详细描述以及参考附图显现出来。在本发明说明书与所引用的文献存在矛盾和/或不一致内容的情况下，以本发明说明书为准。如果引用的两个或更多个文献包含彼此矛盾和/或不一致的内容，则以具有最近有效日期的文献为准。