[發明專利]一種固體電解質材料及其制備方法和固態鋰電池

在審

• 申請號: 202011629509.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112838264A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 徐國峰;余金秋;楊容;羅亮;趙尚騫;王建濤
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司;河北雄安稀土功能材料創新中心有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/052
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 盛大文

本發明屬于二次電池技術領域，具體涉及一種固體電解質材料及其制備方法和固態鋰電池。所述鹵化物固體電解質材料，其結構式如下。本發明在現有鹵化物固體電解質材料中引入氧元素，同時通過控制各元素之間的比例關系，使材料在?40℃露點溫度環境中暴露24h后仍具有較高的離子電導率，從而獲得兼具較高的離子導電率及較高的空氣穩定性的鹵化物固體電解質材料。Li_aMeX_bO_c 式(1)。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，具體涉及一種固體電解質材料及其制備方法和固態鋰電池。

背景技術

目前常用的固體電解質按其結構和組成主要分為聚合物電解質、無機電解質；無機電解質又分為氧化物固體電解質、硫化物固體電解質及鹵化物固體電解質。其中鹵化物固體電解質由于與高壓正極穩定且材料偏軟，易于成型加工，更有望于產業應用。

CN108701860A公開了一種具有高的鋰離子電導率的鹵化物固體電解質材料，結構式為Li_6-3zY_zX₆，X＝Cl或Br。并具體公開了1≤z≤1.25時，顯示出較高的離子傳導性，可達3×10^-4S/cm以上。

CN111344811A公開了一種鹵化物固體電解質材料，其由Li、Y、選自Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Sc、La、Sm、Bi、Zr、Hf、Nb及Ta之中的至少1種和選自Cl、Br及I之中的至少1種構成。該固體電解質材料也具有較高的離子傳導性。

然而現有已知的鹵化物固態電解質材料的空氣穩定性較差，容易與空氣中的水分發生反應造成性能下降。

CN111509222A公開了一種鹵化物固體電解質材料，通過對鹵化物電解質材料Li-M-X摻入其他類型的中心元素，調控中心原子與鹵素以及水分子之間的配位能力，可改變鹵化物電解質在暴露濕空氣后的水合相轉變過程，從而獲得穩定的Li-M-XnH₂Q中間相，避免Li-M-X元素分相，經后續脫水處理后可恢復至原來的Li-M-X電解質材料，從而實現鹵化物Li-M-X電解質材料在濕空氣中的穩定性以及可操作性。

然而，上述改善空氣中穩定性的方法存在摻雜中心元素可選擇范圍太窄、摻雜元素In儲量低、價格高，不利于大規模應用的缺陷。

CN111244534A公開一種硫氧化物固體電解質，其同時含有硫和氧兩種陰離子。該硫氧化物固體電解質是通過氧化劑直接氧化硫化物固體電解質獲得，氧化劑為氧化性氣體或液體。所得硫氧化物固體電解質具有較高的離子電導率和良好的空氣中穩定性。

CN110311168A公開了一種硫氧化物固體電解質，由氧化劑和硫化物電解質原料制備而成，氧化劑為固體氧化劑和氣體氧化劑。固體氧化劑為Li₂O₂。所得硫氧化物固體電解質具有較高的離子電導率和良好的空氣中穩定性。

上述文獻均是通過在硫化物固體電解質中引入氧元素以解決其空氣穩定性問題，為鹵化物固體電解質的空氣穩定性改善提供了新思路。

然而，我們在實際應用時發現，不同于硫化物，Li-Me-X型鹵化物具有元素Me與O原子配位能力過強的特點，因而在引入氧化劑時容易產生Me-O-X雜相化合物，導致鹵化物固體電解質材料的離子電導率大幅降低。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種鹵化物固體電解質材料。所述鹵化物固體電解質材料不僅具有較高的離子導電率，而且還表現出較高的空氣穩定性。

所述鹵化物固體電解質材料，其結構式為：

Li_aMeX_bO_c 式(1)

其中：