[發(fā)明專(zhuān)利]一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211072887.6
• 申請(qǐng)日: 2022-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115332621A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張典政;陳規(guī)偉;冀亞娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0562
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發(fā)明提供一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池的制備方法。所述固態(tài)電解質(zhì)包括Li_2+aM_1?aN_aF_bCl_6?b，其中，M包括Zr、Y、In、Sc、Er或Ga中的任意一種，N包括Fe、Al、Ti、Mn或Zn中的任意一種，0a≤0.5，0b≤2。本發(fā)明制備的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)兼具高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口，在全固態(tài)電池中具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有極大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，尤其涉及一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池的制備方法。

背景技術(shù)

固態(tài)鋰離子電池由于使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的隔膜和電解液，其安全性能更高，工作溫度范圍更寬，在長(zhǎng)期循環(huán)下電解質(zhì)也不會(huì)發(fā)生干涸的問(wèn)題，因此，固態(tài)鋰離子電池的循環(huán)壽命和電池壽命更長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰離子電池開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵是構(gòu)建一種高性能的固態(tài)電解質(zhì)。

CN114400368A公開(kāi)了一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)層及其制備方法和鋰離子電池。提供一種極片，在極片的部分表面上形成硫化物固態(tài)電解質(zhì)涂層，混合粉體包括硫化物固態(tài)電解質(zhì)粉體、鋰鹽粉體和熱敏聚合物粉體。但是硫化物電解質(zhì)其合成成本較高，原料Li₂S產(chǎn)量有限且價(jià)格居高不下，限制了其規(guī)模化成產(chǎn)，同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物包含H2S，對(duì)環(huán)境和健康帶來(lái)挑戰(zhàn)。

CN113363567A公開(kāi)了一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。其化學(xué)式為L(zhǎng)i₃MX₆，M為稀土元素中的至少一種，X為F、Cl、Br、I中的至少一種；所述鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)微應(yīng)力大小為0.001～0.01。但是鹵化物固態(tài)電解質(zhì)往往存在著電化學(xué)穩(wěn)定窗口較低、高壓下被正極材料氧化、離子電導(dǎo)率低、對(duì)鋰金屬負(fù)極不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，同時(shí)常見(jiàn)的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)Li₃InCl₆，Li₃ScCl₆、Li₃YCl_6、Li₂ZrCl₆等大量使用稀土元素，合成成本較高，也限制了其在全固態(tài)電池和復(fù)合正極中的應(yīng)用。

改善以上問(wèn)題的常見(jiàn)方法主要是對(duì)電極界面修飾，使用人造涂層或SEI來(lái)提升其高壓穩(wěn)定性和對(duì)鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性，但往往操作復(fù)雜，工程應(yīng)用困難，因此，如何制備一種高性能鋰離子電池，是本領(lǐng)域重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和全固態(tài)電池的制備方法，開(kāi)發(fā)出一種兼具高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口、以及優(yōu)異成本優(yōu)勢(shì)的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)及合成方法。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，所述鹵化物固態(tài)電解質(zhì)包括Li_2+aM_1-aN_aF_bCl_6-b，其中，M包括Zr、Y、In、Sc、Er或Ga中的任意一種，N包括Fe、Al、Ti、Mn或Zn中的任意一種，0a≤0.5，0b≤2，其中a的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4或0.5等，b的值可以是0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、1.9或2等，但不僅限于所列舉的數(shù)值，上述各數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

本發(fā)明提供的金屬元素和鹵素元素?fù)诫s的固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)對(duì)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，向鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中摻雜金屬元素如Fe等，可以在提高鹵化物固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的同時(shí)，顯著降低生產(chǎn)成本，同時(shí)摻雜部分F元素，可以將電化學(xué)穩(wěn)定窗口提升至6V以上，且可以在循環(huán)過(guò)程中在電極表面原位生成一層富含氟化物的界面層，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)還原的抑制，提升對(duì)鋰負(fù)極的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種如目的之一所述的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，所述制備方法包括：