[發明專利]一種納米氧化物/鋰硼氫氨化物高電導率固體電解質材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011048950.3
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112158868B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 嚴義剛;張瑞雪;吳朝玲;陳云貴;趙婉瑩
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;C01F7/02;C01B6/15;H01M10/0525
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 陳雍

本發明涉及固體電解質技術領域，具體公開了一種納米氧化物/鋰硼氫氨化物高電導率固體電解質材料及其制備方法，該固體電解質的分子式為LiBH₄·nNH₃?M_xO_y，n＝0.5～1，M為Li、B、Mg、Al、Si、Ti或Zr中的一種，M_xO_y的添加量為30％～75％，M_xO_y為納米級粉末。將原材料鋰硼氫、氨基鋰、氫氧化鋰和納米氧化物M_xO_y在保護氣氛下混合球磨，后在保護氣氛下進行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制成上述固體電解質。本發明中得到的固體電解質材料能夠有效抑制鋰硼氫氨化物在50～55℃下會產生相變的問題，室溫下(30℃)離子電導率最高可以達到4.28×10^?3S·cm^?1。

技術領域

本發明涉及固體電解質技術領域，特別涉及一種納米氧化物/鋰硼氫氨化物高電導率固體電解質材料及其制備方法。

背景技術

目前，具有熱穩定性、電化學穩定性、無漏液現象以及環境友好等優點的固體電解質正受到廣泛關注。它能較好地解決目前大規模使用的有機液體電解質存在的嚴重安全問題，有機液體電解質存在易燃性、毒性、揮發性以及充放電過程中易產生鋰枝晶的問題。因此，發展固態電池被認為是解決鋰離子電池安全問題的最佳方案。

固體電解質可以簡單分為有機聚合物固體電解質和無機固體電解質。對于有機固體電解質，最具代表性的材料就是基于聚氧乙烯-Poly(ethylene oxide)(PEO)的復合電解質，而主要的無機固體電解質則包括NASICON型、鈣鈦礦型、石榴石型以及硫化物型等這幾類典型材料。

近年來，配位氫化物作為一類新的固體電解質材料引起了廣泛關注。這類化合物由陽離子(如Li⁺)和配位陰離子(如[BH₄]^-)組成，兩者的動力學之間存在很強的關聯性。在眾多配位氫化物中，金屬氫化物LiBH₄被認為是最有代表性的電解質材料之一，將其與鹵化物、硫化物和氧化物等復合，可以有效提高該材料的電化學性能。

上海理工大學的龐越彭等人制備出一種納米限域的鹵素摻雜鋰硼氫基固態電解質材料并申請專利(申請公布號：CN109244535A硼氫化鋰基固態電解質材料的制備方法)，其中所制備的鋰硼氫/碘化鋰材料，離子電導率在35℃可以達到2.45×10^-4S·cm^-1，比同溫度下的鋰硼氫高出三個數量級。

東南大學的張耀等人(申請公布號：CN109585913A硼氫化鋰與二硫化鉬復合體系固態電解質材料及其制備方法和應用)發明公開了一種鋰硼氫和二硫化鉬復合的電解質材料，當LiBH₄和MoS₂的摩爾比為1:5時，材料的離子電導率最高，在室溫(25℃)下達到1.2×10^-4S·cm^-1，比鋰硼氫高出3～4個數量級。

除了單相復合，華南理工大學的王輝等人(申請公布號：CN111180789A一種復合固態電解質材料及其制備方法和應用)還采用了多相復合來改善鋰硼氫的電化學性能，他們發明公開的復合固態電解質材料由鋰硼氫、碘化鋰、硫化錳復合而成，該發明利用碘化鋰對鋰硼氫的固溶作用，通過I^-部分取代BH₄^-，將鋰硼氫的高溫六方相保持到低溫條件下；并通過摻雜硫化錳產生更多離子傳輸需要的空位，拓寬Li⁺的傳輸通道，從而有效提高電解質材料的離子電導率。