[發(fā)明專利]一種LiAl5

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011565959.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN112701344B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷丹妮;吳圓;王成新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發(fā)明公開了一種LiAl₅O₈納米線的制備方法、復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬電池，所述LiAl₅O₈的制備方法包括如下步驟：對(duì)Al(EtO)₃納米線進(jìn)行預(yù)煅燒，然后在保護(hù)氣氛下，將預(yù)煅燒后的Al(EtO)₃納米線膜浸泡于鋰離子溶液中；浸泡結(jié)束后進(jìn)行固液分離，得到補(bǔ)充鋰的Al(EtO)₃納米線；煅燒所述補(bǔ)充鋰的Al(EtO)₃納米線，得到LiAl₅O₈納米線。由本發(fā)明的LiAl₅O₈納米線制得的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)可以引導(dǎo)Li⁺以層片狀而不是以枝晶狀的形式沉積，能夠顯著改善鋰金屬電池的長循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LiAl₅O₈納米線的制備方法、復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬電池。

背景技術(shù)

便攜式電子器件、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能電網(wǎng)的快速發(fā)展推動(dòng)了高能量密度的二次電池的開發(fā)。鋰金屬電池，因鋰金屬(Li)負(fù)極具有高理論比容量(3860mAh·g^-1)，低密度(0.59g·cm^-3)和低還原電位(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電位為-3.04V)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為一種極具應(yīng)用前景的高比能量密度二次電池^[1]。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，液態(tài)有機(jī)電解液中不穩(wěn)定的電解質(zhì)膜(SEI膜)和生長不受控制的枝晶，嚴(yán)重限制了鋰金屬電池的發(fā)展。首先，鋰金屬在沉積和溶解過程中存在嚴(yán)重的體積變化，很難形成穩(wěn)定的SEI膜。因此，電解液與鋰金屬反復(fù)反應(yīng)，導(dǎo)致庫侖效率低，容量迅速下降。其次，在充放電過程中由于鋰的不均勻沉積形成鋰枝晶，導(dǎo)致“死鋰”的形成和極化的增加，甚至?xí)┩鸽姵馗裟そ佑|陰極，造成電池內(nèi)部短路，從而引起熱失控甚至爆炸^[2]。因此，必須消除這些障礙才能實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的安全、高庫倫效率和長循環(huán)壽命。

近年來，研究人員為解決上述問題做了大量工作，如優(yōu)化電解液的組成^[3-6]、構(gòu)建界面保護(hù)層^[7-10]和構(gòu)筑三維復(fù)合鋰金屬負(fù)極^[11-14]。此外，固態(tài)電解質(zhì)的快速發(fā)展為鋰金屬電池的安全問題提供了一個(gè)重要的解決途徑，因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)具有較高的剪切模量和硬度，有望抵抗鋰枝晶的侵入^[15]。固態(tài)電解質(zhì)類型包括氧化物、硫化物、薄膜和聚合物^[16]。氧化物固態(tài)電解質(zhì)如Li_3.3La₃Zr₂O₁₂(LLZO)和 Li_3.3La_0.56TiO₃(LLTO)，因其離子電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高、電化學(xué)穩(wěn)定性好而得到廣泛研究。但同時(shí)也面臨著高能耗、非均相、對(duì)空氣中水分和二氧化碳不穩(wěn)定等問題。因此，開發(fā)成本低、合成簡(jiǎn)單、儲(chǔ)存方便的新型固態(tài)電解質(zhì)是非常必要的。此外，當(dāng)與鋰金屬直接接觸時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)通常會(huì)還原為更穩(wěn)定的化合物。例如，根據(jù)第一性原理密度泛函理論(DFT)計(jì)算，LLZO的還原極限為0.05V(或0.07V)，LLZO可能的還原產(chǎn)物有Zr、La₂O₃、Li₈ZrO₆、Zr₃O和Li₂O^[18,19]。之前的大部分研究工作采用了涂層等策略^[20,21]，以避免固態(tài)電解質(zhì)在界面上發(fā)生副反應(yīng)，使其適用于固態(tài)鋰金屬電池。然而，利用副產(chǎn)物直接改善固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬界面相容性的例子很少。