[发明专利]一种卤化固态电解质材料、柔性固态电解质膜和锂电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种卤化固态电解质材料及其制备方法、柔性固态电解质膜及其制备方法、锂电池及其制备方法。所述卤化固态电解质材料具有式I所示的组成：Li_αM_βM’_γA_δA’_ε式I；其中，式I中，M选自IIIB族元素和/或IIIA族元素，M’选自IIA族元素、IB族元素、IIB族元素、IVB族元素、VIII族元素和VIII族元素中的至少一种；A选自F^‑、Cl^‑、Br^‑和I^‑中的至少一种；A’选自SO₄^2‑和/或SiO₃^2‑；1≤α≤3，0≤β≤1，0≤γ≤2，0＜δ≤6，0≤ε≤1。基于本发明所述无溶剂方法制备的卤化物固态电解质的固态锂电池具有较高的比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种卤化固态电解质材料、柔性固态电解质膜和锂电池及其制备方法。

背景技术

目前，消费类电子产品和电动汽车等对锂离子电池安全性、高能量密度功率密度和循环寿命提出更高的要求。传统锂离子电池采用易燃的电解液体系，与具有强还原性金属锂、高氧化性正极(尤其是充电态)等高比能量电极材料反应活性高、稳定性差，存在极大的安全隐患，不利于进一步提升电池能量密度。固态锂电池使用固态电解质替换电解液后，理论上具有高安全性和高能量密度，已成为储能领域的研究热点和重要的产业化方向。

卤化物固态电解质中阴离子与锂离子的作用力小，故锂离子可以快速传导；卤化物固态电解质中卤化物阴离子电负性较高，可以在干燥空气中稳定性高；而且卤化物固态电解质可塑性好。然而卤化物电解质与锂金属负极不稳定，不利于进一步提高电池能量密度。加之机械压制成型的电解质层厚度一般大于500μm，缺乏柔性，电池内阻大，非柔性电解质膜无法兼容现有液态锂离子电池制备工艺，不利于产业化。

因此，亟需开发一种柔性卤化物固态电解质薄膜，实现电极与电解质间的紧密且稳定接触，制备高性能固态锂电池。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的卤化物固态电解质层厚度较大、缺乏柔性、与锂金属不稳定等问题，提供一种卤化固态电解质材料、柔性固态电解质膜和锂电池及其制备方法。包含本发明所述的卤化物固态电解质的固态锂电池具有较高的比容量和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种卤化固态电解质材料，其中，所述卤化固态电解质材料具有式I所示的组成：

Li_αM_βM’_γA_δA’_ε式I；

其中，式I中，M选自IIIB族元素和/或IIIA族元素，M’选自IIA族元素、IB族元素、IIB族元素、IVB族元素、VIII族元素和VIII族元素中的至少一种；A选自F^-、Cl^-、Br^-和I^-中的至少一种；A’选自SO₄^2-和/或SiO₃^2-；1≤α≤3，0≤β≤1，0≤γ≤2，0＜δ≤6，0≤ε≤1。

本发明第二方面提供一种卤化固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将称量好的原料进行混合反应，得到初步结晶化混合物；

S2、在惰性气氛和/或真空气氛条件下，将所述初步结晶化混合物进行热处理和冷却，得到所述卤化固态电解质材料；