[发明专利]一种卤化物固态电解质及其制备方法和全固态电池的制备方法

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全固态电池的制备方法。所述固态电解质包括Li_2+aM_1‑aN_aF_bCl_6‑b，其中，M包括Zr、Y、In、Sc、Er或Ga中的任意一种，N包括Fe、Al、Ti、Mn或Zn中的任意一种，0a≤0.5，0b≤2。本发明制备的卤化物固态电解质兼具高离子电导率和宽电化学稳定窗口，在全固态电池中具有良好的循环稳定性，具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，涉及一种卤化物固态电解质，尤其涉及一种卤化物固态电解质及其制备方法和全固态电池的制备方法。

背景技术

固态锂离子电池由于使用固态电解质代替传统的隔膜和电解液，其安全性能更高，工作温度范围更宽，在长期循环下电解质也不会发生干涸的问题，因此，固态锂离子电池的循环寿命和电池寿命更长。实现固态锂离子电池开发和应用的关键是构建一种高性能的固态电解质。

CN114400368A公开了一种硫化物固态电解质层及其制备方法和锂离子电池。提供一种极片，在极片的部分表面上形成硫化物固态电解质涂层，混合粉体包括硫化物固态电解质粉体、锂盐粉体和热敏聚合物粉体。但是硫化物电解质其合成成本较高，原料Li₂S产量有限且价格居高不下，限制了其规模化成产，同时反应产物包含H2S，对环境和健康带来挑战。

CN113363567A公开了一种卤化物固态电解质及其制备方法和应用。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。但是卤化物固态电解质往往存在着电化学稳定窗口较低、高压下被正极材料氧化、离子电导率低、对锂金属负极不稳定等缺点，同时常见的卤化物固态电解质Li₃InCl₆，Li₃ScCl₆、Li₃YCl_6、Li₂ZrCl₆等大量使用稀土元素，合成成本较高，也限制了其在全固态电池和复合正极中的应用。

改善以上问题的常见方法主要是对电极界面修饰，使用人造涂层或SEI来提升其高压稳定性和对锂金属负极的稳定性，但往往操作复杂，工程应用困难，因此，如何制备一种高性能锂离子电池，是本领域重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卤化物固态电解质及其制备方法和全固态电池的制备方法，开发出一种兼具高离子电导率和宽电化学稳定窗口、以及优异成本优势的卤化物固态电解质及合成方法。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种卤化物固态电解质，所述卤化物固态电解质包括Li_2+aM_1-aN_aF_bCl_6-b，其中，M包括Zr、Y、In、Sc、Er或Ga中的任意一种，N包括Fe、Al、Ti、Mn或Zn中的任意一种，0a≤0.5，0b≤2，其中a的值可以是0.1、0.2、0.3、0.4或0.5等，b的值可以是0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、1.9或2等，但不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明提供的金属元素和卤素元素掺杂的固态电解质，通过对卤化物固态电解质结构设计，向卤化物固态电解质中掺杂金属元素如Fe等，可以在提高卤化物固态电解质离子电导率的同时，显著降低生产成本，同时掺杂部分F元素，可以将电化学稳定窗口提升至6V以上，且可以在循环过程中在电极表面原位生成一层富含氟化物的界面层，从而实现了对还原的抑制，提升对锂负极的稳定性。

本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述的卤化物固态电解质的制备方法，所述制备方法包括：