[發明專利]固態電解質材料、其制備方法、固態電解質片及全固態電池

有效

• 申請號: 202110554680.1
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113299979B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 王李平;解植擎;趙予生;王培
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 付興奇

本申請提供一種固態電解質材料、其制備方法、固態電解質片及全固態電池，屬于固態電解質材料技術領域。固態電解質材料的化學式為M₄NA_2?xB_x(0≤x≤2)，固態電解質材料為四方晶系，空間群為P4/mmm，其中，M選自堿金屬中的一種，N選自第六主族的非金屬中的一種，A和B均選自鹵素中的一種，且A和B不同。該固態電解質材料為一種四方晶系的新材料，其進行制備固態電解質片，用來組裝全固態電池后，全固態電池的電學性能可以得到滿足。

技術領域

本申請涉及固態電解質材料技術領域，且特別涉及一種固態電解質材料、其制備方法、固態電解質片及全固態電池。

背景技術

鋰離子電池廣泛應用于電動汽車和便攜式電子設備等領域。目前，大多數商業鋰離子電池使用的是有機液體電解質，其有諸多不足之處，如毒性、腐蝕性和易燃性等，這有可能帶來環境和安全問題。以固態電解質替代有機液體電解質被廣泛認為是解決這一問題的關鍵。另一方面，使用固態電解質還可以兼容純鋰負極。因此，無機固態電解質受到了廣泛的關注，有望消除有機液體電解質的安全和環境問題，也可以大大提高鋰電池的能量密度。

現有固態電解質體系中主要包含無機鋰離子導體，聚合物鋰離子導體和復合鋰離子導體。從材料本質特性考慮，無機鋰離子導體是解決鋰離子電池安全性的最根本途徑。從結構上分無機鋰離子導體包含石榴石結構、鈣鈦礦結構以及鹵化物結構等。

但是，現有技術中的無機鋰離子導體的種類較少。

發明內容

本申請實施例的提供一種固態電解質材料、其制備方法、固態電解質片及全固態電池，提供一種新的固態電解質材料，能夠進行固態電解質片以及全固態電池的制備。

第一方面，本申請實施例提供了一種固態電解質材料，固態電解質材料的化學式為M₄NA_2-xB_x(0≤x≤2)，固態電解質材料為四方晶系，空間群為P4/mmm，其中，M選自堿金屬中的一種，N選自第六主族的非金屬中的一種，A和B均選自鹵素中的一種，且A和B不同。

在本申請的部分實施例中，M選自Li、Na、K中的一種，N選自O、S、Se中的一種，A和B均選自F、Cl、Br和I中的一種。

在本申請的部分實施例中，固態電解質材料的化學式為Li₄OBr_2-xCl_x(0≤x≤2)。

第二方面，本申請提供一種固態電解質材料的制備方法，包括：將原料M₂N、MA和MB混合，并預壓成型得到坯體，其中，M選自堿金屬中的一種，N選自第六主族的非金屬中的一種，A和B均選自鹵素中的一種，且A和B不同；M₂N、MA和MB的摩爾比為1:(2-x):x，0≤x≤2。將坯體置于溫度不低于300℃、壓力不小于1GPa的條件下燒結30min及以上。

在本申請的部分實施例中，M選自Li、Na、K中的一種，N選自O、S、Se中的一種，A和B均選自F、Cl、Br和I中的一種。

在本申請的部分實施例中，該制備方法包括：將原料Li₂O、LiCl和LiBr混合，并預壓成型得到坯體，其中，Li₂O、LiCl和LiBr的摩爾比為1:(2-x):x，0≤x≤2。將坯體置于溫度為700-1000℃、壓力為3-6GPa的條件下燒結30-90min。

在本申請的部分實施例中，燒結在二面頂壓機、四面頂壓機或者六面頂壓機中進行。

在本申請的部分實施例中，坯體的壓制條件為：在壓力為20-100MPa的條件下保壓1-5min成型。

第三方面，本申請提供一種固態電解質片，包括上述固態電解質材料。