[發(fā)明專利]一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法與應用

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• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115332618A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設計）人: 羅巍;宋振友
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;H01M4/62;C01B9/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法與應用，該高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料的通式為：Li_aM_nX_x，式中，M包括IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA、VB族中的至少5種金屬元素，X包括鹵族元素中的一種或多種；1＜a＜5，0.3＜n＜2，x＝a+nε，ε為M的加權平均化合價。本發(fā)明電解質(zhì)材料采用以下制備方法制備得到：按通式的化學計量比稱取前驅(qū)體LiX和至少5種金屬元素對應的鹵化物MX_ε混合球磨處理，得到混合粉末，對混合粉末進行壓片，然后在氬氣氛圍下進行熱處理燒結(jié)，再經(jīng)研磨得到目的產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料在固態(tài)電池中的電化學穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性較好，同時保證了高的Li⁺電導率，且制備方法工藝簡單、條件易控。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法與應用。

背景技術

基于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池已經(jīng)在各類便攜式電子產(chǎn)品、新能源汽車等領域?qū)崿F(xiàn)了廣泛應用。但隨著電池能量密度提升，易燃易爆的危險性也隨之提升，特別是近年來新能源汽車安全事故頻發(fā)，這主要是因為傳統(tǒng)的鋰離子電池使用易燃的有機溶劑作為電解液，使用中可能會發(fā)生漏液、揮發(fā)、燃燒等安全問題，存在安全隱患，影響電池壽命。而固態(tài)鋰電池采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)替代有機液體電解液，有望實現(xiàn)電池的本質(zhì)安全，給新能源汽車裝上“安全基因”。作為固態(tài)鋰電池中最核心的材料之一，固態(tài)電解質(zhì)的主要功能是隔離正負極并阻止電子穿過，同時允許離子通過，從而完成在充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。

目前，固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在聚合物、氧化物、硫化物、鹵化物等材料。其中，鹵化物類固態(tài)電解質(zhì)(Li₃YCl₆、Li₃YBr₆、Li₃InCl₆等)是近幾年新興發(fā)展的一類固態(tài)電解質(zhì)，具有不錯的離子電導率(10^-3S/cm)，較寬的電化學窗口，對高壓氧化物正極優(yōu)良的穩(wěn)定性，并且鹵化物在加工工藝(水介質(zhì)液相合成)和原料成本方面具有一定的優(yōu)勢。然而鹵化物固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負極的電化學穩(wěn)定性較差，容易在固態(tài)電池循環(huán)中引發(fā)副反應，進而造成固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構破壞、循環(huán)穩(wěn)定性降低、電池失效等問題。因此，開發(fā)具有良好結(jié)構穩(wěn)定性的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法與應用，以克服現(xiàn)有技術中鹵化物固態(tài)電解質(zhì)存在的穩(wěn)定性差的問題，旨在制備一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，提升鹵化物固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電池中的電化學穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的技術方案之一提供了一種高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料，該高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料的通式為：

Li_aM_nX_x，

式中，M包括IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA、VB族中的至少5種金屬元素，X包括鹵族元素中的一種或多種；1＜a＜5，0.3＜n＜2，x＝a+nε，ε為M的加權平均化合價。

進一步的，所述M包括Mg、Zn、Al、Sc、Ga、Y、In、Zr、Hf、Sb、Bi、鑭系元素中至少5種金屬元素。

進一步的，所述X包括F、Cl、Br、I中的一種或多種。

進一步的，所述高熵鹵化物固態(tài)電解質(zhì)材料的化學式為：