[發明專利]一種以高嶺土為原料的固體鋰離子電解質及制備方法

無效

• 申請號: 201010216509.1
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101958429A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 鄭衛東;水淼;任鄭娟;舒杰;任元龍;王青春;黃峰濤;徐丹
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種電解質，尤其是涉及一種以高嶺土為原料的固體鋰離子電解質及制備方法。

背景技術

隨著經濟的發展，人口不斷增加，人們對能源需求量越來越大，隨著開采量的增加，化石能源不斷趨向枯竭，目前探明的儲量只能維持幾十年的持續開采?；茉吹拇罅渴褂门欧帕舜罅康腃O、碳氫化合物、氮氧化合物、SO₂環境嚴重污染氣體及溫室氣體CO₂，持續的溫室氣體二氧化碳的排放將帶來全球災難性氣候。近來全世界都在關注哥本哈根氣候變化峰會，世界各國紛紛就二氧化碳減排制定了時間表，中國也承諾到2020年單位GDP碳減排40-45％，發展低碳經濟，就要從源頭上發展綠色、清潔、低排放能源。高性能、高安全性的化學電源將是未來最重要的清潔能源之一。

高嶺土主要由小于2m的微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺石簇礦物(高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等)組成，其主礦物成分是高嶺石和多水高嶺石，除高嶺石簇礦物外，還蒙脫f伊利石、葉蠟石、石英和長石等其它礦物伴生。高嶺卜.的化學成分中含有大量的AlO、SiO和少量的Fe0、FiO以及微量的K，O、Na，O、CaO和MgO等。

鋰離子電池具有體積小、重量能量比高、電壓高、自放電率低、無記憶效應、循環壽命長、功率密度高等絕對優點，在全球移動電源市場擁有逾300億美元/年份額并遠超過其他電池的市場占有率，是最具有市場發展前景的化學電源。目前國內外鋰離子二次電池大部分采用的是液態電解質，液態鋰離子電池存在如下缺陷：液態有機電解質可能泄露，在過高的溫度下發生爆炸從而造成安全事故，因此存在一定的安全隱患；液態電解質鋰離子電池普遍存在循環容量衰減問題，使用一段時間后由于電極活性物質在電解質中的溶解、反應而逐步失效，而全固態電池安全性高、基本沒有循環容量衰減，固體電解質還起到了隔膜的作用，簡化了電池的結構；此外，由于無需隔絕空氣，也簡化了生產過程中對設備的要求，電池的外形設計也更加方便、靈活。

全固態鋰離子電池中，載流子在固態電解質中的遷移速率往往遠遠小于電極表面的電荷轉移及正極材料中的離子擴散速率而成為整個電極反應動力學中的速率控制步驟，因此研制具有較高鋰離子電導率的無機固態電解質是構建高性能鋰離子電池的核心關鍵所在?，F有的具有NASICON型的固體鋰離子電解質，通常在結構中引入低價摻雜離子能提高填隙鋰離子的數量從而在一定程度上提高鋰離子電導率，然而摻雜離子在基體中的作用是非常復雜的，如果填隙鋰離子數量太多，則使未被占據的間隙位數量太少而不利于與填隙鋰離子的協同運動，另外不同的摻雜離子的半徑和電負性影響陰離子對鋰離子的作用力強弱從而影響其電導率，因此探索摻雜離子的種類及含量對提NASICON型鋰離子固態電解質的鋰離子電導率起著至關重要的作用。

雖然目前研究者已經對多種摻雜離子甚至一些摻雜離子的組合進行了一些嘗試并有部分體系已經獲得了室溫電導率大于10^-4S/cm數量級的較好結果，然而在空氣和潮濕的環境中有的摻雜體系不穩定或分解電壓低，無法在實際的二次固態鋰離子電池體系中使用；也有部分體系的固態電解質原料純度要求高、價格高，尚無法進入實用的階段。另外，室溫下鋰離子電導率也希望能有進一步的提高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種以高嶺土為原料，電導率高的以高嶺土為原料的固體鋰離子電解質及制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種以高嶺土為原料的固體鋰離子電解質，其特征在于：其化學通式為Li_{1+2(x1+x2)+2(y1+y2+y3+y4)}Al_x1Mg_y1Fe_y2K_y3Na_y4M_{2-(x1+x2)-(y1+y2+y3+y4)}Si_x2P_3-(x1+x2)O₁₂，其中M為Ti、Ge或Zr，0.1≤x1≤0.5，0.1≤x2≤0.5，0.01≤y1≤0.1，0.01≤y2≤0.1，0.008≤y3≤0.05，0.008≤y4≤0.05。

一種制備以高嶺土為原料的固體鋰離子電解質的方法，包括以下步驟：

(1)將高嶺土在置于管式爐中，在500℃-1000℃的溫度條件下，煅燒10-30小時，將煅燒后的高嶺土粉末在碾缽中研磨30-50分鐘；