[發(fā)明專利]一種石榴石結(jié)構(gòu)的混合離子-電子導(dǎo)體及其在儲能器件中的應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111326787A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高健;周偉東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052;H01M10/0525;H01M8/18;H01G11/56
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明涉及一種石榴石結(jié)構(gòu)的混合離子?電子導(dǎo)體及其在儲能器件中的應(yīng)用，導(dǎo)體通式為(Li_mM_n)_xLa₃(Zr_1?aX_a)₂O₁₂；其中0m≤1，0≤n≤0.5，m+n≤1；3≤x≤7.5；其中，M包括至少一種選自H、Na、K、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ti、Zr、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、P、S、Se的元素。其中0≤a1；其中，X包括至少一種選自Ta,Hf,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Fe,Co,Ni,Si,Ge,Sn,Pb,As,Sb,Se的元素。本發(fā)明導(dǎo)體具有高的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率，可在電池或電容器中的電極/電解質(zhì)界面層，以及正極層和負(fù)極層中應(yīng)用。本發(fā)明可應(yīng)用于鋰離子電池、可充放金屬鋰電池、鋰液流電池、鋰離子電容器，這些儲能器件具有廣泛的用途。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合離子-電子導(dǎo)體(混合導(dǎo)體)材料、以及包含此混合導(dǎo)體材料的復(fù)合混合導(dǎo)體材料，以及其在儲能器件中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池具有良好的綜合性能，在大型儲能、電動汽車、消費(fèi)電子等行業(yè)中廣泛應(yīng)用，因此人們對其安全性能、能量密度以及功率密度提出更高的要求。與傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)相比，無機(jī)固體電解質(zhì)不可燃，且具有匹配高能量密度金屬鋰負(fù)極的可能性，在下一代高能量密度鋰電池的研發(fā)中，受到廣泛關(guān)注。而對于全固態(tài)電池而言，固-固界面的動力學(xué)極限是限制其應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)(K.Kerman,A.Luntz,V.Viswanathan,Y.M.Chiang,Z.B.Chen,J Electrochem Soc 2017,164,A1731)。Li/固體電解質(zhì)界面的熱力學(xué)/動力學(xué)穩(wěn)定性問題研究中，本專利所涉及立方相石榴石型固體電解質(zhì)Li₇La₃Zr₂O₁₂(c-LLZO)的摻雜優(yōu)化后的室溫離子電導(dǎo)率可超過10^-3S/cm(R.Murugan,V.Thangadurai,W.Weppner,Angewandte Chemie International Edition 2007,46,7778；V.Thangadurai,H.Kaack,W.Weppner,Journal of the American Ceramic Society 2003)，且具有寬的電化學(xué)窗口^[3]和良好的機(jī)械性能(V.Thangadurai,D.Pinzaru,S.Narayanan,A.K.Baral,TheJournal of Physical Chemistry Letters2015,6,292；V.Thangadurai,W.Weppner,Advanced Functional Materials 2005,15,107)，有報道表明石榴石型固體電解質(zhì)不容易與金屬鋰反應(yīng)(X.-B.Cheng,R.Zhang,C.-Z.Zhao,F.Wei,J.-G.Zhang,Q.Zhang,AdvancedScience 2016,3,1500213)。此外，Li/LLZO具有極小的本征界面電阻(J.Gao,X.Guo,Y.Li,Z.Ma,X.Guo,H.Li,Y.Zhu,W.Zhou,Advanced Theory and Simulations 2019,1900028；A.Sharafi,E.Kazyak,A.L.Davis,S.Yu,T.Thompson,D.J.Siegel,N.P.Dasgupta,J.Sakamoto,Chemistry of Materials 2017,29,7961)。綜上所述，石榴石型固體電解質(zhì)是最常見的用于固態(tài)電池的無機(jī)固體電解質(zhì)之一(V.Thangadurai,S.Narayanan,D.Pinzaru,Chem Soc Rev 2014,43,4714)。