[發(fā)明專利]一種含Bi的無機-聚合物材料及復合固態(tài)電解質(zhì)

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• 申請日: 2021-10-10
• 公開（公告）號: CN113903984A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 張瀟予;姜付義;李鑫健;柳瑞翠;孫建超
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種含Bi的無機?聚合物材料及復合固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明通過水熱法制備Li_1.3Al_0.3?xBi_xTi_1.7(PO₄)₃（0.01≤x≤0.03）陶瓷，通過對鋁鉍比例和PH值等條件的改變，得到形貌為菱形結(jié)構(gòu)的材料LABTP，直徑在5?8μm之間。隨后將其與聚乙烯醇縮丁醛復合制成復合固態(tài)電解質(zhì)，并將制備的復合固態(tài)電解質(zhì)組裝成電池進行電化學測試，將具有最佳效果的材料用于鋰離子電池中。本發(fā)明具有反應過程簡單，步驟易操作，制成的含Bi材料納米顆粒形貌規(guī)則，制備的PVB復合固態(tài)電解質(zhì)具有良好的離子電導率和耐高溫性能。作為鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)高效穩(wěn)定，比容量高，安全性能良好等特點。

技術領域

本發(fā)明屬電化學能源領域，具體方法為將鉍元素摻雜到固態(tài)電解質(zhì)納米顆粒中，以合成性能更優(yōu)的Li_1.3Al_0.3-xBi_xTi_1.7(PO₄)₃固態(tài)電解質(zhì)材料，同時介紹了一種復合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法及其應用。

背景技術

當前商用的鋰離子電池大都采用有機液體電解質(zhì)，存在著泄漏、易燃、易爆、易腐蝕和金屬鋰兼容性差等缺點，過充、過熱和短路都可能引起火災和爆炸等嚴重安全事故，此類缺陷是未來鋰電池研發(fā)和應用亟待解決的難題。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們迫切需要高能量密度、大體積、安全穩(wěn)定的新型鋰離子電池，然而隨著鋰離子電池體積的增大，體系熱量不易散發(fā)，將會引起更大的安全問題。全固態(tài)鋰離子電池作為鋰電池的一種新形式，實質(zhì)上是將目前鋰離子電池有機液態(tài)電解質(zhì)或凝膠態(tài)電解質(zhì)替換成固體電解質(zhì)，提供高于傳統(tǒng)電池的能量密度，被視為下一代最重要的儲能技術之一。

全固態(tài)二次鋰電池作為鋰電池的一種新形式，其與傳統(tǒng)鋰電池結(jié)構(gòu)的類似，由正極、固態(tài)電解質(zhì)以及鋰金屬負極組成，其中固態(tài)電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的核心組件。具有高鋰離子電導率、高鋰離子遷移數(shù)、優(yōu)良電化學及熱穩(wěn)定性、機械性能、與電極具有良好兼容性的固態(tài)電解質(zhì)，是發(fā)展全固態(tài)鋰電池的必要條件。

相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，全固態(tài)鋰電池實現(xiàn)了安全與性能雙提升：１）安全性能和能量密度高；２）循環(huán)壽命長，工作溫度范圍寬；３）化學穩(wěn)定性好，組裝簡單；４）生產(chǎn)效率高，回收方便。因此，研制高功率密度、高能量密度、高安全性的全固態(tài)鋰離子電池成為新能源材料研究的重點和熱點。它還將為儲能、電動汽車等相關領域帶來巨大的發(fā)展空間，對解決能源危機和環(huán)境問題意義深遠。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種含Bi的無機-聚合物材料以及含Bi的無機-聚合物復合固體電解質(zhì)。

本發(fā)明的新型具有高離子電導率的含Bi的無機-聚合物陶瓷材料作為固態(tài)電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰離子電池的應用。同時將其與有機聚合物復合制備復合固態(tài)電解質(zhì)使其既能兼顧無機固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點，又能改善與電極材料的化學兼容性。

本發(fā)明的技術方案如下所述：

一種含Bi的無機-聚合物材料，所述含Bi的無機-聚合物材料的分子式為Li_1.3Al_0.3-xBi_xTi_1.7(PO₄)₃ ，0.01≤x≤0.03，所述含Bi的無機-聚合物材料為菱形顆粒，直徑在5-8 um之間，

并按照如下的制備方法制得，包括以下步驟：

（1）將磷酸二氫銨和氫氧化鋰按化學計量比加入到蒸餾水中溶解并攪拌均勻，再加入化學計量比的鈦酸異丙酯于上述混合溶液，攪拌均勻后即得白色溶液，將鋁鹽、鉍鹽按化學計量比加入白色溶液中，所述鋁鹽為硫酸鋁、氯化鋁、硝酸鋁中的任意一種或幾種，所述鉍鹽為硝酸鉍、硫酸鉍、氯化鉍中的任意一種或幾種；