[發(fā)明專利]一種復合固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210010155.8
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114464877B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 張耀;吳子強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發(fā)明公開了一種復合固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應用，電解質(zhì)材料具有無定形與異質(zhì)結混合界面；化學組成為(xLiBHsubgt;4/subgt;?yLiI)?zBN，其中x、y、z為摩爾比，且1≤x≤3，0≤y≤1，1≤z≤5。制備方法為在惰性氣體氣氛下，先將一定量的h?BN預球磨，而后與xLiBHsubgt;4/subgt;?yLiI以一定摩爾比混合后球磨，再在一定氫壓下進行熱處理。本發(fā)明的材料有優(yōu)異的室溫離子電導率、寬的電化學窗口、高鋰離子遷移率、幾乎可以忽略的電子電導率、極佳的電極兼容性、極強的鋰枝晶抑制能力、優(yōu)異的全固態(tài)電池性能。此材料是一種室溫(T＜100℃)性能優(yōu)越的鋰離子導體，可以用作全固態(tài)鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)。

技術領域

本發(fā)明屬于固態(tài)電解質(zhì)材料，具體涉及一種具有無定形和異質(zhì)結界面的(xLiBH₄-yLiI)-zBN復合固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子二次電池以其高能量和功率密度、長壽命、環(huán)保等特點得到了廣泛的應用，特別是在電動汽車和便攜式設備上。傳統(tǒng)的鋰離子電池傾向于使用具有高離子導電性的有機液態(tài)電解質(zhì)，但由于其揮發(fā)性、可燃性和易形成鋰枝晶，會導致可逆容量衰減和嚴重的安全問題。這些問題長期以來一直阻礙著鋰電池的發(fā)展。而使用固態(tài)電解質(zhì)可以提高鋰電池的安全性和性能，并且以其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋰電池中電解液和隔膜可實現(xiàn)系統(tǒng)的簡單化和材料高效利用。氧化物和硫化物基固態(tài)電解質(zhì)具有與液態(tài)電解質(zhì)相似或稍低的離子電導率，但穩(wěn)定性和電極相容性不能滿足全固態(tài)鋰電池的要求。LiBH₄是一種配位金屬氫化物，其作為固態(tài)電解質(zhì)具有寬的電化學窗口并且與大多數(shù)電極相容，主要缺點是室溫電導率較低(＜10^-7S?cm^-1)。因此如何降低LiBH₄體系的相轉(zhuǎn)變溫度，最終可以使其在室溫下穩(wěn)定高溫相，以適配全固態(tài)鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)要求是亟需研究的方向。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種由硼氫化物與六方氮化硼復合形成無定形與異質(zhì)結混合界面的復合固態(tài)電解質(zhì)材料；本發(fā)明的第二目的在于提供上述復合固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法；本發(fā)明的第三目的在于提供上述復合固態(tài)電解質(zhì)材料在制備電池電解質(zhì)中的應用。

技術方案：本發(fā)明的一種復合固態(tài)電解質(zhì)材料，所述電解質(zhì)材料具有無定形與異質(zhì)結混合界面；化學組成為(xLiBH₄-yLiI)-zBN，其中x、y、z為摩爾比，且1≤x≤3，0≤y≤1，1≤z≤5。

進一步的，所述(xLiBH₄-yLiI)-zBN中，x＝1，y＝0，z＝2或x＝3，y＝1，z＝2。

進一步的，所述電解質(zhì)材料的低溫離子電導率為(0.61-4.21)×10^-4Scm^-1；其中，低溫范圍為30-50攝氏度。

上述的復合固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將六方氮化硼在惰性氣氛保護下進行高能球磨處理制備含無定形結構的六方氮化硼；

(2)將硼氫化鋰與碘化鋰在惰性氣氛保護下進行高能球磨處理，而后在一定氫壓下進行熱處理制備得到xLiBH₄-yLiI固溶體；

(3)將含無定形界面的六方氮化硼與xLiBH₄-yLiI固溶體在惰性氣氛保護下進行高能球磨處理得到(xLiBH₄-yLiI)-zBN混合物；

(4)將步驟(3)高能球磨后的混合物氫壓下進行熱處理制備得到含無定形和異質(zhì)結界面的(xLiBH₄-yLiI)-zBN復合固態(tài)電解質(zhì)。

進一步的，所述步驟(1)中，高能球磨的球料比為(40-45)：1，轉(zhuǎn)速為450-550轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為5～20小時。