[發(fā)明專利]一種超細固態(tài)電解質及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710941451.9
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN109659603B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 夏路;任建國;李泓;凌仕剛
• 申請（專利權）人: 貝特瑞新材料集團股份有限公司;中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明公開了一種超細固態(tài)電解質及其制備方法。所述電解質的粒徑D10為50～100nm，D50為100～200nm，D90為200～400nm，Dmax≤500nm。所述超細固態(tài)電解質的制備方法包括：1)按照離子比例Li:Al:M:P為1+X:X:2?X:3，0≤X≤1稱取反應原料，然后在含增稠劑的分散體系中進行濕磨至粒徑小于1μm，得到噴霧前驅體；2)噴霧干燥，得到燒結前驅體；3)燒結，砂磨至粒徑Dmax≤500nm，得到超細固態(tài)電解質。所述電解質加工性能和復合性能好，離子導電率高，適用于電池應用。所述方法制備工藝簡單，原料成本低廉，環(huán)境友好，產(chǎn)品收率高，便于工業(yè)化的生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池、鋰金屬電池、鋰硫電池、鋰空氣電池固態(tài)電解質領域，具體地，本發(fā)明涉及一種超細多元固態(tài)電解質材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有工作電壓高、循環(huán)使用壽命長、無記憶效應、自放電小、環(huán)境友好等優(yōu)點，已被廣泛應用于便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車中。目前，包括中國在內(nèi)的多個國家已經(jīng)制定了關于進一步提升動力電池能量密度到300～400瓦時/公斤的中長期的戰(zhàn)略目標。據(jù)推算，當前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力電池的重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。引入硅基合金替代純石墨作為負極材料后，鋰離子動力電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。對于更高能量密度目標的進一步達成，以金屬鋰為負極的鋰金屬電池已成為必然選擇。這是因為鋰金屬的容量為3860mAh/g，約為石墨的10倍，由于其本身就是鋰源，正極材料選擇面寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別組成能量密度更高的鋰硫和鋰空電池。但金屬鋰負極在液態(tài)電池中存在一系列技術問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態(tài)電解質界面副反應多、SEI膜分布不均勻且不穩(wěn)定導致循環(huán)壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成，從而引發(fā)安全問題。基于以上原因，很多研究者把解決金屬鋰負極的應用問題寄希望于固態(tài)電解質的使用。主要思路是避免液體電解質中持續(xù)發(fā)生的副反應，同時利用固體電解質的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。

然而，目前制備固態(tài)電解質的主要方法是高溫固相法和溶膠凝膠法，其中高溫固相法雖然工藝簡單，但是會導致前驅體混合效果不好，所需要的成相溫度很高，能耗嚴重；例如非專利文獻(H.Aono.et al,J.Electrochem.Soc.137(1990)1023)采用固相法制備磷酸鈦鋁鋰固態(tài)電解質會導致產(chǎn)物嚴重粘坩堝壁的現(xiàn)象，因此難以工業(yè)化。專利文獻中，CN105609881A公開的一種利用溶膠凝膠制備固態(tài)電解質材料的方法雖然可以避免高溫固相法的缺點，但是溶膠凝膠需要加入有機或無機的添加劑，況且溶膠蒸干的過程耗時太長，導致生產(chǎn)成本的上升和不利于工業(yè)化的生產(chǎn)。CN105406118A公開了利用噴霧干燥制備固態(tài)電解質，該方法采用只是簡單的前驅體與溶劑混合的方式，操作的過程并不能避免產(chǎn)品粘壁的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的收率，而且最后制備的固態(tài)電解質粒徑在一微米級，這樣就會導致加工性能以及復合性能很差，與電極間的界面和顆粒之間的阻力變大，不利于后續(xù)的利用。因此，最理想的固態(tài)電解質的粒徑范圍應在500nm以下。

因此，開發(fā)一種簡單、高效地制備超細固態(tài)電解質材料的方法是鋰離子電池、鋰硫電池和鋰空氣電池領域的技術難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超細固態(tài)電解質及其制備方法。本發(fā)明的超細固態(tài)電解質顆粒極為細小，其D10為50nm～100nm，D50為100nm～200nm，D90為200nm～400nm，Dmax≤500nm。所述超細固態(tài)電解質的制備方法具有簡單、高效、能耗低、易于工業(yè)化的特點。

為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：