[发明专利]一种硼氢化物复合体系固态电解质材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及固态电解质材料，尤其涉及一种xLiBH₄-NaBH₄复合固态电解质材料，具有较高的室温离子导体特性，还涉及该材料的电化学稳定性。

背景技术

目前锂离子二次电池的电解质广泛采用的是易燃的液态有机物，在电池的尺寸逐步放大、充放电功率逐步提高时，该类电解质将给电池的使用带来很多无法预估的安全隐患。近年来，人们开始提出采用无机物固相电解质来替代易燃的有机液相电解质，以此消除锂离子电池大规模应用过程中的安全隐患。截止目前，人们已开发出了多种硫化物和氧化物的体系，如钙钛矿(ABO₃)型的，钛酸镧锂(LLT)及具有NaA₂(PO₄)₃结构的钠超离子导体，锗酸锌锂和硫代锗酸锌锂(Thio-LISICON)等，这些都是目前已知的固态电解质。近来较为引人关注的是日本东北大学提出的硼氢化锂(LiBH₄)作为固相电解质的新思路。他们发现在113℃附近，LiBH₄由低温相(LT)向高温相(HT)发生相转变。在此过程中，该物质的电导率迅速升至10^-3S cm^-1。但是其低温导电性较差。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种硼氢化物复合体系固态电解质材料，具有优异的离子导体特性。本发明还提供了其制备方法和应用。

技术方案：

本发明所述的硼氢化物复合体系固态电解质材料，其为xLiBH₄-NaBH₄复合氢化物材料，x＝1～4。

进一步的，x＝1.6～4。具体的，x＝1.6、2.3或4。

本发明还提供了所述硼氢化物复合体系固态电解质材料的制备方法，包括：惰性气体气氛下，将LiBH₄和NaBH₄按照摩尔比1～4:1混合后研磨。

所述的惰性气体可以为氩气。

研磨可采用球磨的方式。球磨的主要目的是使LiBH₄和NaBH₄的混合物混合均匀，并在球磨过程中破坏混合物的结晶度，如果结晶度不是很好，离子迁移路径和速率都会得到进一步的提升。

球磨时，球料比为38～42:1，公转转速为400～500rpm，球磨时间为20～50小时。进一步的，球磨时，球料比为40:1，公转转速为450rpm，球磨时间为20小时。

本发明还提供了所述的硼氢化物复合体系固态电解质材料在制备电池电解质中的应用。

本发明硼氢化物复合体系固态电解质材料对已有的硼氢化锂进行改进，将NaBH₄与LiBH₄复合后，提高了LiBH₄在低温时的电导率，使其可以在低温时就达到较高的电导率，同时在低温时LiBH₄-NaBH₄复合体系的活化能比单纯的LiBH₄要低。这一性质说明LiBH₄-NaBH₄可作为固态电解质的潜在材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明获得的LiBH₄-NaBH₄复合体系具有比LiBH₄性能更优异的低温电导率，室温下(室温下10^-5S cm^-1的数量级)约比后者高1～2个数量级。

本发明获得的LiBH₄-NaBH₄复合体系具有较宽泛的固态电解质的窗口电位(～5V)，具有较高的电化学稳定性。

本发明材料优异的性能使其在制备固体电解质具有较好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)电导率随温度变化曲线；

图2为实施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)X射线衍射谱图；

图3为实施例1制得材料xLiBH₄-NaBH₄(x＝1.6，2.3，4)低温区对应的活化能与单纯LiBH₄活化能的对比图；