[发明专利]一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用、一种全固态锂离子电池

说明书

本发明提供了一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用、一种全固态锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明提供的卤化物固态电解质化学式为Li_3+3x‑mxIn_1‑xM_xCl₆，其中，M为掺杂元素，所述掺杂元素为Zr或Bi元素；0＜x＜1；m为元素M的化合价。本发明以Zr或Bi元素作为掺杂元素掺杂至Li₃InCl₆中，进而提高离子电导率；当掺杂元素中含有Bi元素时，Bi能够使晶体的晶面间距增大，利于锂离子在晶体结构中的传输；当掺杂元素含有Zr元素时，Zr元素影响了晶体的生长，使电解质从原始对比样的(001)择优变为(131)择优；Zr和Bi的掺杂都能够在一定程度上提高离子电导率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用、一种全固态锂离子电池。

背景技术

目前，有机电解液作为电解质的商业锂离子电池工作过程中，可能会发生漏液、挥发、燃烧等现象，存在安全隐患，影响电池的使用寿命，且大大限制了锂离子电池的能量密度。另外，商用电解液和高比能量锂金属负极之间存在锂枝晶生长的问题，锂枝晶会刺穿隔膜导致电池短路。因此，为了提高锂离子电池的能量密度、解决电池工作时的安全隐患，研究人员开始考虑用固态电解质替换电解液，开发全固态电池。

目前已有诸如Li₂S-P₂S₅型、硫银锗矿型、石榴石型、NASICON型、LISICON型、钙钛矿型、反钙钛矿型和薄膜型等无机固态电解质被应用到全固态锂离子电池中，而其中的卤化物固态电解质由于对高压正极的稳定性、对干燥空气的稳定性以及良好的加工性能受到研究人员的关注，具有良好的应用前景。然而，卤化物固态电解质存在室温离子电导率不够高的短板。以Li₃InCl₆卤化物电解质为例，它目前的室温离子电导率在1mS cm^-1左右，与硫化物固态电解质体系中Li₁₀GeP₂S₁₂(12mS cm^-1@25℃)、Li₁₀SnP₂S₁₂(7mS cm^-1@25℃)、Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3(25mS cm^-1@25℃)等存在一定差距，也无法和碳酸酯基商用电解液的离子电导率相媲美。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用、一种全固态锂离子电池。本发明提供的卤化物固态电解质具有高室温离子电导率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种卤化物固态电解质，化学式为Li_3+3x-mxIn_1-xM_xCl₆，其中，M为掺杂元素，所述M为Zr或Bi；0＜x＜1；m为元素M的化合价。