[發(fā)明專利]一種包覆型固態(tài)電解質材料及其制備方法和用途

在審

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• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115395087A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 張希;朱金輝;陳振營
• 申請（專利權）人: 上海屹鋰新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/05
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種包覆型固態(tài)電解質材料及其制備方法和用途，涉及固態(tài)電池領域，對鋰金屬穩(wěn)定的固態(tài)電解質材料包覆的硫化物固態(tài)電解質、包覆方法和應用，所述包覆型固態(tài)電解質材料包括硫化物固態(tài)電解質內核和包覆于所述內核外的對鋰金屬穩(wěn)定的固態(tài)電解質包覆層。包覆的固態(tài)電解質層具有較高的離子電導率，高的化學穩(wěn)定性，對空氣中的水分不敏感與高壓正極材料配混時的電化學穩(wěn)定好，抑制了空間電荷的形成，從而避免了硫化物固態(tài)電解質與高壓正極之間劇烈的副反應、硫化物固態(tài)電解質與正極材料混合使用時電化學窗口不匹配的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學及能源領域，具體涉及一種用于全固態(tài)電池的包覆性硫化物固態(tài)電解質制備方法及其應用。

背景技術

全固態(tài)電池使用不可燃的固體電解質代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機易燃電解液，從根本上避免了安全問題。目前，固態(tài)電解質主要包括氧化物、硫化物、聚合物固態(tài)電解質。其中，氧化物固態(tài)電解質對不懼水氧，具有較穩(wěn)定的物理化學性質，但電導率較低。聚合物固態(tài)電解質由極性高分子和金屬鹽絡合形成，具有良好的成膜性，可彎曲和高安全性能，但電導率較低，鋰離子的遷移數較小，機械性能較差。硫化物固態(tài)電解質具有媲美于液態(tài)電解質溶液的離子電導率，電化學窗口寬，可適配高壓正極材料，但由于硫化物固態(tài)電解質與高壓正極材料有嚴重的副反應，電化學窗口不匹配，嚴重限制了其在全固態(tài)電池中的應用。

專利CN 1111403806 A公開了一種碳包覆的固態(tài)電解質用于全固態(tài)電池的方法，該方法選用的石墨電導率在10^-6S.cm^-1左右，電導率過于低，包覆于硫化物電解質表面，用于全固態(tài)電池中，對鋰離子的傳輸速率會有影響，從而影響全電池性能。

因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種電導率高，可適配高壓正極材料固態(tài)電解質材料，并將其用于全固態(tài)電池。

發(fā)明內容

鑒于現有技術的上述缺陷，本發(fā)明要解決硫化物固態(tài)電解質與正極材料混合使用時電化學窗口的匹配度，以及與高壓正極材料之間劇烈的副反應問題。通過該方法得到的硫化物固態(tài)電解質，與正負極材料匹配性、兼容性得到了很大的改善，用于全固態(tài)電池，其循環(huán)性能更加良好。

為實現上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種包覆型固態(tài)電解質，一種無機固態(tài)電解質層包覆在硫化物固態(tài)電解質表面；所述無機固態(tài)電解質為鹵化物固態(tài)電解質Li_aMX_b、石榴石型固態(tài)電解質、鈣鈦礦型電解質中的一種或多種。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，所述鹵化物固態(tài)電解質為Li_aMX_b，其中M為ⅢB元素Sc、Y、鑭系元素La～Lu、ⅢA族元素Al、Ga、In、其他金屬元素Ti、V、Gr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Mg、Pb中的一種或多種；

在本發(fā)明的較佳實施方式中，所述石榴石型固態(tài)電解質為Li₇A₃E₂O₁₂，其中A為La、Ca、Sr、Ba、K中的一種或多種，E為Zr、Ta、Nb、Hf中的一種或多種；

在本發(fā)明的較佳實施方式中，所述鈣鈦礦型固態(tài)電解質材料具體為：Li_3xQ_2/3-xLO₃，其中x在0.01-0.5之間，Q為La、Al、Mg、Fe、Ta中的一種或多種，L為Ti、Nb、Sr、Pr中的一種或多種。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，硫化物固態(tài)點電解質為玻璃態(tài)硫化物固態(tài)電解質、NASCION型固態(tài)電解質、LISCION固態(tài)電解質、硫銀鍺礦型硫化物固態(tài)電解質、LGPS型硫化物固態(tài)電解質中的一種或兩種以上的混合物。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，硫化物固態(tài)電解質顆粒的粒徑為1-20μm。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，無機固態(tài)電解質顆粒的粒徑為6-10μm。