[發(fā)明專利]氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法、鋰電池和電池組

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210708674.1
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115101806A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵宗普;劉亞飛;陳彥彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京當(dāng)升材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云

本發(fā)明涉及氧化物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法、鋰電池和電池組。該氧化物固態(tài)電解質(zhì)包括：基體和包覆所述基體的表面包覆層；所述基體的化學(xué)組成滿足化學(xué)式Li_7?xM¹_xLa_3?yM²_yZr_2?zM³_zO_12?uX_u，所述表面包覆層的化學(xué)組成滿足化學(xué)式Li_vE_wG_hO_l，通過限定M¹、M²、M³、X、E和G的可選元素以及x、y、z、u、v、w、h和l的數(shù)值范圍，可實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)元素?fù)诫s，并在電解質(zhì)的一次顆粒表面形成均勻的離子導(dǎo)體包覆層，能夠大幅提升鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)、表面的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法、鋰電池和電池組。

背景技術(shù)

隨著動(dòng)力電池和儲能電池市場的迅猛發(fā)展，人們對鋰離子電池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鋰離子電池由于結(jié)構(gòu)中使用電解液導(dǎo)致其安全性能存在較大隱患，且局限于使用不含金屬鋰的負(fù)極，電池能量密度的提升空間已接近瓶頸。固態(tài)電池由于采用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解液，可以從根本上解決電池的安全問題，并且以含金屬鋰的負(fù)極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨或硅碳負(fù)極，可以進(jìn)一步提升電池能量密度，已經(jīng)成為公認(rèn)的下一代鋰電池發(fā)展方向。

在固態(tài)電池體系中，目前最關(guān)鍵的材料之一就是固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)包括氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。鋰鑭鋯氧作為氧化物固態(tài)電解質(zhì)中的一種，由于具備電導(dǎo)率高、熱穩(wěn)定性好、電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)，成為最具有產(chǎn)業(yè)化潛力的固態(tài)電解質(zhì)之一。

鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)具有四方相和立方相兩種結(jié)構(gòu)，其中四方相樣品的離子電導(dǎo)率較低，僅為10^-6S/cm，不具備實(shí)用價(jià)值；立方相樣品的離子電導(dǎo)率較高，通常可以達(dá)到10^-4-10^-3S/cm，是人們重點(diǎn)關(guān)注和開發(fā)的對象。在實(shí)際制備過程中，立方相鋰鑭鋯氧在常溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易轉(zhuǎn)化為四方相結(jié)構(gòu)；且空氣氣氛下保存和使用時(shí)，鋰鑭鋯氧容易分解在表面析出碳酸鋰，降低其離子電導(dǎo)率，尤其是當(dāng)顆粒尺寸達(dá)到納米級時(shí)。上述問題很大程度上阻礙了鋰鑭鋯氧的實(shí)用化進(jìn)程。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對鋰鑭鋯氧固體電解質(zhì)的改性研究重點(diǎn)集中在通過元素?fù)诫s穩(wěn)定其立方相結(jié)構(gòu)，從而提高其離子電導(dǎo)率方面。CN110247107A公布了一種固態(tài)電解質(zhì)、及其制備方法和用途，該發(fā)明通過在鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)中引入In、Er、Ho等三價(jià)不變價(jià)元素，實(shí)現(xiàn)在La離子位的摻雜，提高材料的立方結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；La離子位元素的摻雜使得四面體空位體積增大，進(jìn)而提高了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。但是該發(fā)明對于離子電導(dǎo)率的提升幅度有限，此外，該發(fā)明并未涉及改善鋰鑭鋯氧表面殘余碳酸鋰的問題，對于鋰鑭鋯氧的實(shí)用化未能達(dá)到推動(dòng)作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率提升效果不理想，以及未能有效解決鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)表面析出的碳酸鋰降低電導(dǎo)率的問題，提供一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法、鋰電池和電池組。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括：基體和包覆所述基體的表面包覆層；