[發明專利]一種氟摻雜的鹵化物固態電解質、制備方法及鋰電池

在審

• 申請號: 202010597296.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN113845141A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 譚迎賓;李錚錚;王婧潔;徐麗敏;楊兵
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C01G15/00
• 分類號: C01G15/00;H01M10/0525;H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司 31254
• 代理人: 洪玲

本發明公開了一種氟摻雜的鹵化物固態電解質的制備方法，采用機械球磨和熱處理制得氟摻雜的鹵化物固態電解質；所述摻雜的鹵化物固態電解質為氟摻雜的Li₃MH_6?xF_x固態電解質，其中M選自III的過渡金屬，H選自Cl、Br、I中的一種，x的范圍為0.01～0.5。該制備方法不僅能夠解決現有技術中合成周期較長、制備過程繁瑣等問題，同時能夠使鹵化物電解質具有高的鋰離子電導率。

技術領域

本發明涉及電池材料制造領域，尤其涉及一種氟摻雜的鹵化物固態電解質、制備方法及鋰電池。

背景技術

鋰離子電池作為新型儲能裝置廣泛應用在各類便攜式數碼電子產品和電動汽車等領域。商用鋰離子電池使用易燃易爆的液態電解液，其給電池帶來嚴重的安全隱患。為此，采用固態電解質的固態電池具有高的安全特性和高的能量密度，成為下一代鋰離子電池技術。

現在無機固體電解質廣泛受到人們的關注并被認為是潛在的全固態固體電解質候選材料。然而，硫化物固體電解質的鋰離子電導率較高但化學穩定性較差；氧化物固體電解質可加工性能差并需要高溫生產過程。因此，這些電解質材料均不能完全滿足固態電池需要的固態電解質的所有要求。相比較于硫化物電解質和氧化物電解質，鹵化物電解質鋰離子導電率依然較低，同時存在合成周期較長、制備過程繁瑣等問題。DFT計算顯示元素摻雜可以提高鹵化物電解質的鋰離子導電率，因此元素摻雜的鹵化物電解質具有較高的開發潛力。

鑒于上述情況，亟待研發一種新型鹵化物電解質的制備方法，不僅能夠解決現有技術中合成周期較長、制備過程繁瑣等問題，同時能夠使鹵化物電解質具有高的鋰離子電導率。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明目的是提供一種氟摻雜的鹵化物固態電解質、制備方法及鋰電池，該制備方法采用機械球磨與熱處理合成氟摻雜的鹵化物固態電解質，不僅能夠解決現有技術中合成周期較長、制備過程繁瑣等問題，同時能夠使鹵化物電解質具有高的鋰離子電導率。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

本發明的第一方面提供一種氟摻雜的鹵化物固態電解質的制備方法，采用機械球磨和熱處理制得氟摻雜的鹵化物固態電解質；所述氟摻雜的鹵化物固態電解質為氟摻雜的Li₃MH_6-xF_x固態電解質，其中M選自In、Sc，Y、Er、Tb、Zr、Zn、Sm、Yb、Lu中的一種，H選自Cl、Br、I中的一種，x的范圍為0.01～0.5。

優選地，包括以下步驟：

S1，采用機械球磨制備氟摻雜的固態電解質前驅體，將氟源、金屬鹵代物加入機械球磨得到氟摻雜的固態電解質前驅體；

S2，將氟摻雜的固態電解質前驅體通過熱處理得到Li₃MH_6-xF_x固態電解質。

優選地，所述步驟S1中，機械球磨的球料比為10～150，機械球磨的時間為1～72h，機械球磨轉速為250～1200轉/分。

優選地，所述步驟S2中，所述熱處理的溫度為200～600℃，所述熱處理的升溫速率為1～20℃/min，所述熱處理的時間為1～12h。

優選地，所述步驟S2中，所述步驟所述熱處理的氣氛為真空、氬氣、氫氣、二氧化碳、氦氣、氮氣中的一種或多種。

本發明的第二方面提供一種氟摻雜的鹵化物固態電解質，根據所述的制備方法制備而成。

優選地，所述氟摻雜的鹵化物固態電解質在30℃的鋰離子電導率不低于1.0mS/cm。

優選地，所述氟摻雜的鹵化物固態電解質在30℃的鋰離子電導率在1.0mS/cm～3.5mS/cm之間。