[发明专利]一种钛酸锂镧复合材料及其制备方法、锂离子固态电池

说明书

本发明涉及一种钛酸锂镧复合材料及其制备方法、锂离子固态电池。钛酸锂镧复合材料由反钙态矿结构的Li₃OX和钙态矿结构的钛酸锂镧复合而成，Li₃OX分布在钛酸锂镧晶粒间的晶界处并部分扩散至钛酸锂镧的晶粒内；所述钛酸锂镧的化学式为Li_3xLa_2/3‑xTiO₃，0＜x＜0.16；Li₃OX中，X为卤素。本发明的钛酸锂镧复合材料，利用富锂相、低熔点的Li₃OX对LLTO进行阳离子补充，改变了晶粒内部的载流子或阳离子空位的无序度，提高了晶粒内部离子电导，补偿了晶界处空间电荷层内载流子的消耗，有效的提高晶界和整体离子电导率。

技术领域

本发明属于固态电解质领域，具体涉及一种钛酸锂镧复合材料及其制备方法、锂离子固态电池。

背景技术

目前商用的锂离子电池一般使用有机液态电解质，有机液态电解质含有易燃易爆的有机电解液，其本身存在的安全隐患限制了锂离子电池的广泛应用。使用无机固态电解质替代液态电解质和隔膜制得的锂离子电池，不但简化了电池结构，而且能从根本上解决其安全问题，更进一步的提高了锂离子电池的使用温度范围和储存寿命。

现今，研究的固态电解质材料，主要包括有机聚合物电解质和无机固态电解质。有机聚合物电解质往往在大于室温条件下勉强工作并且存在阴阳离子传输的缺陷。无机固态电解质包括硫化物固态电解质和氧化物固态电解质，硫化物固态电解质虽然具有与液态电解质相媲美的锂离子电导率(达到10^-2S/cm)，但硫化物本身存在的易吸湿水解的问题制约了其工业化发展。氧化物固态电解质在空气中具有优异的稳定性和良好的室温离子电导率，在人们发现的众多无机固态电解质中，电导率较为接近商用水平的是钛酸锂镧材料(LLTO)，其化学式是Li_3xLa_2/3-xTiO₃(0＜x＜0.16)，其晶粒电导率在室温已经达到10^-3S/cm，但其晶界电导率较低，导致LLTO的总电导达不到实用要求。

公告号为CN101325094B的专利公开了一种钛酸锂镧复合固态电解质材料及其合成方法，该复合固态电解质是在钛酸锂镧晶粒间的晶界处含有无定形纳米硅氧化物层。该钛酸锂镧复合固态电解质虽对晶界的电导率有一定的改善作用，但整体改善效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛酸锂镧复合材料，从而解决现有钛酸锂镧复合固体电解质的总电导率低的问题。本发明还提供了上述钛酸锂镧复合材料的制备方法以及基于上述钛酸锂镧复合材料的锂离子固态电池。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钛酸锂镧复合材料，由反钙态矿结构的Li₃OX和钙态矿结构的钛酸锂镧复合而成，Li₃OX分布在钛酸锂镧晶粒间的晶界处并部分扩散至钛酸锂镧的晶粒内；所述钛酸锂镧的化学式为Li_3xLa_2/3-xTiO₃，0＜x＜0.16；Li₃OX中，X为卤素。

传统无机固态电解质中，锂的缺失是造成传输困难(尤其是换位机制无法进行)的主要原因，本发明利用对晶界核及相邻区域进行锂离子补偿来提高晶界电导。本发明的钛酸锂镧复合材料，利用富锂相、低熔点的Li₃OX对LLTO进行阳离子补充，改变了晶粒内部的载流子或阳离子空位的无序度，提高了晶粒内部离子电导，补偿了晶界处空间电荷层内载锂离子的消耗，有效的提高晶界离子电导率。