[发明专利]用于储能应用的固体电解质

说明书

描述了一种对锂离子具有离子传导性的锂过渡金属卤化物、一种制备它们的方法、它们作为电化学电池用固体电解质的用途和包含锂过渡金属卤化物的电化学电池。

描述了一种对锂离子具有离子传导性的固体材料，一种制备所述固体材料的方法，所述固体材料作为电化学电池用固体电解质的用途，一种包含该固体材料的用于电化学电池的选自由阴极、阳极和隔膜组成的组的固体结构以及一种包含该固体结构的电化学电池。

由于全固态锂电池组的广泛使用，对锂离子具有高传导性的固态电解质的需求越来越大。该类固体电解质的一个重要类别是锂过渡金属卤化物。例如在US 2019/0088995A1、WO 2019/135343 A1和WO 2019/135345 A1中公开了该类固体电解质。

相关技术还有EP 1 049 183A1和US 2019/088995 A1。

持续需要锂离子导体，其显现出适合用作全固态锂电池组中的固体电解质的离子传导性，以及高达相对于Li/Li⁺为4V或更高，优选高达相对于Li/Li⁺为4.5V的电化学氧化稳定性，从而能够应用具有相对于Li/Li⁺为4V或更高的氧化还原电位的阴极活性材料(“4V级”的阴极活性材料)，使得可获得高电池电压。

Liang等的出版物“Site-Occupation-Tuned Superionic Li_xScCl_3+x HalideSolid Electrolytes for All-Solid State Batteries”(J.Am.Chem.Soc.，DOI:10.1021/jacs.0c00134，公开日期(网络)：2020年3月26日)公开了基于立方紧密堆积阴离子子晶格的固体电解质Li_xScCl_3+x(x＝1、1.5、2、2.5、3、3.5和4)。当x≥2.5时，XRD图案可以充分地以作为单斜结构的Li₃ScCl₆(C2/m，ICSD No.04-009-8885)索引。根据所述出版物，由于LiCl和ScCl₃之间的低共熔温度低，Li_xScCl_3+x可通过简单的共熔策略合成。没有给出该材料合成的进一步细节。

在2020年4月，与上述论文相关的“辅助信息”在线公开，其提供了完整的实验细节、电化学/界面稳定性计算、初始分子动力学模拟、补充图和表。

本公开的一个目的是提供一种固体材料，其可作为电化学电池用固体电解质使用。此外，还提供了一种制备所述固体材料的方法、所述固体材料作为电化学电池用固体电解质的用途、一种包含该固体材料的用于电化学电池的选自由阴极、阳极和隔膜组成的组的固体结构以及一种包含该固体结构的电化学电池，其中所述固体结构包含所述固体材料。

根据第一方面，提供了一种具有根据通式(I)的组成的固体材料：

Li_aAX₄ (I)

其中

X是选自由如下组成的组的一种或多种：Cl、F、Br和I，

(a)A是M1_bM2_c

其中

M1是第一三价金属且M2是不同于M1的第二三价金属，

0.1≤b≤0.8，

0≤c≤0.7，

0.6≤(b+c)≤0.8，

a＝4-3(b+c)，

(b)A是M1_dM3_e

其中