[发明专利]一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用，所述卤化物固态电解质的化学式为Li₃MX₆，M为稀土元素中的至少一种，X为F、Cl、Br、I中的至少一种；所述卤化物固态电解质的结构微应力大小为0.001～0.01。本发明提供的卤化物固态电解质，通过将材料内部应力诱导出来，使其具有明显的结构微应力即达到0.001～0.01，从而离子电导率明显提升，可比传统高温固相方法制备的电解质高出6～10倍；而且，不影响电化学窗口等性能，从而可以广泛应用于固态二次电池中。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

全固态二次电池相较于目前商用的锂离子二次电池具有更高的安全性。这是由于全固态二次电池采用了不可燃的无机快离子材料作为电解质。随着近几年的发展，目前已经发展出了几种离子导高于1mS cm^-1的固态电解质材料。这些材料以硫化物以及氧化物电解质为主，其中硫化物电解质包括Li₁₀Ge₂P₂S₁₂，Li₆PS₅Cl，Li₇P₃S₁₁以及Li₃PS₄等；氧化物电解质主要有Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃，Li₇La₃Zr₂O₁₂等。然而，硫化物电解质在空气以及水中不稳定，易于产生硫化氢等有毒气体，需要在惰性气体为保护气氛的环境下进行操作；氧化物电解质需要在高温条件下才能成相，成相温度在1000℃以上，难以大量制备生产。

近年来，卤化物固态电解质由于其良好的机械性质以及对高电压正极材料的稳定性，且不存在硫化物电解质产生硫化氢气体、氧化物电解质难以大量制备等缺陷，逐渐获得了人们的青睐。然而，现有技术中卤化物固态电解质(特别是hcp结构的卤化物电解质)的室温离子电导率较低(～10^-5S/cm)，电极过程动力学条件差、锂离子传输效率低，这会影响固态二次电池的倍率特性，电池无法在高功率下维持正常工作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用，得到高离子电导率的卤化物固态电解质，从而提升固态二次电池的电化学性能。

本发明提供一种卤化物固态电解质，其化学式为Li₃MX₆，M为稀土元素中的至少一种，X为F、Cl、Br、I中的至少一种；所述卤化物固态电解质的结构微应力大小为0.001～0.01。

进一步地，所述卤化物固态电解质的结构微应力表现为晶胞结构a、b方向的压缩力和c方向的伸张力，晶胞结构在所述结构微应力的作用下晶格扭曲。

进一步地，所述卤化物固态电解质的粒径D50为10～500nm。

进一步地，所述卤化物固态电解质的阴离子排布方式为六方密堆积或四方密堆积。

进一步地，所述卤化物固态电解质为Li₃YCl₆、Li₃ErCl₆、Li₃YbCl₆、Li₃DyCl₆、Li₃TmCl₆。

本发明还提供上述卤化物固态电解质的制备方法，采用液相合成法制备，包括：

在含有水解抑制剂的极性溶剂中，将MX₃和LiX混合反应，所得反应产物在450～600℃条件下热解，得到所述卤化物固态电解质。