[发明专利]一种强韧性氧化物固体电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种强韧性氧化物固体电解质及其制备方法和应用，本发明通过将无机非金属材料与氧化物固体电解质按照无机非金属材料占氧化物固体电解质与无机非金属材料总质量的0.5～15％混合后，通过冷压压片后再经过高温固相烧结以制得强韧性的氧化物固体电解质。基于无机非金属材料在高温下不与氧化物固体电解质反应，并且能够在固体电解质中呈网状结构，且其具有高弹性系数、高机械强度等优异性能，可以显著增强改性后氧化物固体电解质的韧性及机械强度，同时还能够提高改性后固体电解质的电导率。此外，本发明的制备方法还具有材料方便易得、方法简单等优点。

技术领域

本发明属于固态电解质领域，涉及一种强韧性氧化物固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车及便携式电子设备的快速发展，储能装置已经愈发重要，而商业化锂离子电池能量密度低，制造成本高，已经无法满足高速发展的电子设备及电动汽车等行业对储能装置的需求。为此相继开发出锂金属电池、钠离子电池、锂硫电池等多种储能体系。目前的储能体系均采用有机液体电解质，上述液体电解质易与电池中的某些成分相互作用发生副反应，从而导致电池的库伦效率较低，而且易导致枝晶的形成，最终刺穿隔膜引发电池内部短路、热失控、燃烧爆炸等一系列事故。

固体电解质具有寿命长、能量密度高、温度范围宽、安全性高等优点，是代替液体电解质的最佳选择。尤其是氧化物陶瓷电解质具有耐高压，高温，不易发生副反应、室温离子电导率高等优点。然而，上述氧化物陶瓷电解质易脆裂，因此进一步阻碍了该类电解质的大规模生产应用。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种强韧性氧化物固体电解质，所述氧化物固体电解质包括氧化物固体电解质和无机非金属材料。

根据本发明的实施方案，所述无机非金属材料占氧化物固体电解质与无机非金属材料总质量的0.5～15％，优选为1～12％，示例性为0.5％、1％、5％、8％、10％、12％、15％。

根据本发明的实施方案，所述氧化物固体电解质为石榴石型固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂或Li₇La₃Ti₂O₁₂、NASICON结构电解质Li_1+xM_x(Ti/Ge)_2-x(PO₄)₃，Na₃Zr₂Si₂PO₁₂和钙钛矿结构固体电解质Li_3yLa_2/3–yTiO₃中的一种、两种或更多种；

其中，M选自Al、Cr、Ca中的一种、两种或更多种；0≤x≤0.5；0.04y≤0.16。

本发明的氧化物固体电解质可采用高温固相法、溶胶凝胶等方法制得或通过商业途径购买。

根据本发明的实施方案，所述氧化物固体电解质为粉末，例如其粒径为0.1～0.5μm。

根据本发明的实施方案，所述无机非金属材料为玻璃纤维及其衍生物、SiO₂气凝胶和纳米玻璃中的一种、两种或更多种；优选地，所述玻璃纤维及其衍生物为玻璃棉、玻璃丝和玻璃纤维布等中的一种、两种或更多种，例如为硼硅酸玻璃纤维(GF)。

本发明还提供上述强韧性氧化物固体电解质的制备方法，包括将氧化物固体电解质与无机非金属材料混合、干燥、压片、烧结以制得所述强韧性氧化物固体电解质。

根据本发明的实施方案，所述氧化物固体电解质和无机非金属材料具有如上文所述的含义。