[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211157416.5
• 申請(qǐng)日: 2022-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN115513517A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫再坊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)寧克萊泰格新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 青島聯(lián)智專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 37101
• 代理人: 紀(jì)麗麗

本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，固體電解質(zhì)包括內(nèi)核和包覆在所述內(nèi)核表面的包覆層，所述內(nèi)核為L(zhǎng)i₃MCl₆(LMC)基固體電解質(zhì)，M為Y或者In；所述包覆層材料為L(zhǎng)i₂ZrCl₆(LZC)固體電解質(zhì)。本發(fā)明通過在LMC基固體電解質(zhì)表面包覆LZC鹵化物電解質(zhì)，可以避免LMC與空氣直接接觸，阻止LMC和空氣中水分反應(yīng)降解。另外包覆層LZC鹵化物電解質(zhì)直接與金屬鋰界面接觸，可以避免LMC與鋰金屬負(fù)極直接接觸，阻止金屬鋰和LMC在負(fù)極界面發(fā)生副反應(yīng)，抑制界面阻抗的增長(zhǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源問題是當(dāng)今世界關(guān)注的重要問題，為了人類的可持續(xù)發(fā)展，如何高效、綠色地利用能源成為當(dāng)今世界重要議題。大量使用不可再生的天然氣、煤炭、石油等化石能源會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，并造成環(huán)境惡化等問題。我國具有豐富的光伏、風(fēng)能等清潔能源，發(fā)展?jié)摿薮螅枪夥L(fēng)能等清潔能源轉(zhuǎn)化為電能存在時(shí)間和空間分布不均的問題。使用高效的二次儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)于緩解清潔能源時(shí)空分布不均、發(fā)展新能源汽車等方面具有重要作用。鋰離子電池具有壽命長(zhǎng)、比能量高等優(yōu)點(diǎn)，但是使用液態(tài)電解液的傳統(tǒng)鋰離子的電池存在燃燒和爆炸的安全隱患并且能量密度難以進(jìn)一步提高。使用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池具有安全性高、熱力學(xué)穩(wěn)定性好、可塑性強(qiáng)和能量密度高的特點(diǎn)。

固體電解質(zhì)是固態(tài)電池的重要組成部分，目前固體電解質(zhì)主要分為無機(jī)固體電解質(zhì)和有機(jī)聚合物固體電解質(zhì)兩部分。其中無機(jī)固體電解質(zhì)包括氧化物固體電解質(zhì)、硫化物固體電解質(zhì)和鹵化物固體電解質(zhì)等。新興鹵化物固體電解質(zhì)具有離子電導(dǎo)率高、質(zhì)地柔軟、能夠匹配高壓正極、合成方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，鹵化物固體電解質(zhì)也存在對(duì)金屬鋰不穩(wěn)定、和空氣接觸易被講解、耐濕能力差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，通過在LMC基固體電解質(zhì)表面包覆LZC鹵化物電解質(zhì)，可以避免LMC與空氣直接接觸，阻止LMC和空氣中水分反應(yīng)降解。另外包覆層LZC鹵化物電解質(zhì)直接與金屬鋰界面接觸，可以避免LMC與鋰金屬負(fù)極直接接觸，阻止金屬鋰和LMC在負(fù)極界面發(fā)生副反應(yīng)，抑制界面阻抗的增長(zhǎng)。

為此，本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)，包括內(nèi)核和包覆在所述內(nèi)核表面的包覆層，所述內(nèi)核為L(zhǎng)i₃MCl₆基固體電解質(zhì)，M為Y或者In；所述包覆層材料為L(zhǎng)i₂ZrCl₆固體電解質(zhì)。

優(yōu)選的，所述包覆層材料按質(zhì)量百分比的含量為所述核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)的0.5-10wt%。

本發(fā)明還提供了所述的核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)的制備方法，所述方法包括：

（1）制備Li₃MCl₆基固體電解質(zhì)；

（2）機(jī)械球磨：將制備包覆層材料所需前驅(qū)物和步驟（1）得到的Li₃MCl₆基固體電解質(zhì)粉體混合均勻，然后置于高能球磨研磨罐中進(jìn)行研磨；研磨完成后，將混合粉體轉(zhuǎn)移至石英舟中；

（3）高溫煅燒：將步驟（2）得到的混合粉體于置于管式爐中進(jìn)行真空煅燒，對(duì)煅燒后的混合粉體進(jìn)行研磨，即可得到核殼結(jié)構(gòu)的核殼結(jié)構(gòu)的金屬鹵化物固體電解質(zhì)。

優(yōu)選的，所述步驟（1）中，采用機(jī)械球磨法制備所述Li₃MCl₆基固體電解質(zhì)，其制備步驟包括：將鋰 Li、氯Cl和 M 的前驅(qū)體按照 Li、Cl和 M 的摩爾比為3：6：1混合、加入高能球磨罐中，即可得到Li₃MCl₆基固體電解質(zhì)。