[發(fā)明專利]一種硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106785012A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張耀;相夢園
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)電解質(zhì)材料，尤其涉及一種xLiBH₄-NaBH₄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料，具有較高的室溫離子導(dǎo)體特性，還涉及該材料的電化學(xué)穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

目前鋰離子二次電池的電解質(zhì)廣泛采用的是易燃的液態(tài)有機物，在電池的尺寸逐步放大、充放電功率逐步提高時，該類電解質(zhì)將給電池的使用帶來很多無法預(yù)估的安全隱患。近年來，人們開始提出采用無機物固相電解質(zhì)來替代易燃的有機液相電解質(zhì)，以此消除鋰離子電池大規(guī)模應(yīng)用過程中的安全隱患。截止目前，人們已開發(fā)出了多種硫化物和氧化物的體系，如鈣鈦礦(ABO₃)型的，鈦酸鑭鋰(LLT)及具有NaA₂(PO₄)₃結(jié)構(gòu)的鈉超離子導(dǎo)體，鍺酸鋅鋰和硫代鍺酸鋅鋰(Thio-LISICON)等，這些都是目前已知的固態(tài)電解質(zhì)。近來較為引人關(guān)注的是日本東北大學(xué)提出的硼氫化鋰(LiBH₄)作為固相電解質(zhì)的新思路。他們發(fā)現(xiàn)在113℃附近，LiBH₄由低溫相(LT)向高溫相(HT)發(fā)生相轉(zhuǎn)變。在此過程中，該物質(zhì)的電導(dǎo)率迅速升至10^-3S cm^-1。但是其低溫導(dǎo)電性較差。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料，具有優(yōu)異的離子導(dǎo)體特性。本發(fā)明還提供了其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料，其為xLiBH₄-NaBH₄復(fù)合氫化物材料，x＝1～4。

進一步的，x＝1.6～4。具體的，x＝1.6、2.3或4。

本發(fā)明還提供了所述硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，包括：惰性氣體氣氛下，將LiBH₄和NaBH₄按照摩爾比1～4:1混合后研磨。

所述的惰性氣體可以為氬氣。

研磨可采用球磨的方式。球磨的主要目的是使LiBH₄和NaBH₄的混合物混合均勻，并在球磨過程中破壞混合物的結(jié)晶度，如果結(jié)晶度不是很好，離子遷移路徑和速率都會得到進一步的提升。

球磨時，球料比為38～42:1，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為400～500rpm，球磨時間為20～50小時。進一步的，球磨時，球料比為40:1，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為450rpm，球磨時間為20小時。

本發(fā)明還提供了所述的硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料在制備電池電解質(zhì)中的應(yīng)用。

本發(fā)明硼氫化物復(fù)合體系固態(tài)電解質(zhì)材料對已有的硼氫化鋰進行改進，將NaBH₄與LiBH₄復(fù)合后，提高了LiBH₄在低溫時的電導(dǎo)率，使其可以在低溫時就達到較高的電導(dǎo)率，同時在低溫時LiBH₄-NaBH₄復(fù)合體系的活化能比單純的LiBH₄要低。這一性質(zhì)說明LiBH₄-NaBH₄可作為固態(tài)電解質(zhì)的潛在材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明獲得的LiBH₄-NaBH₄復(fù)合體系具有比LiBH₄性能更優(yōu)異的低溫電導(dǎo)率，室溫下(室溫下10^-5S cm^-1的數(shù)量級)約比后者高1～2個數(shù)量級。

本發(fā)明獲得的LiBH₄-NaBH₄復(fù)合體系具有較寬泛的固態(tài)電解質(zhì)的窗口電位(～5V)，具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性。

本發(fā)明材料優(yōu)異的性能使其在制備固體電解質(zhì)具有較好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)電導(dǎo)率隨溫度變化曲線；

圖2為實施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)X射線衍射譜圖；

圖3為實施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)低溫區(qū)對應(yīng)的活化能與單純LiBH₄活化能的對比圖；