[发明专利]新型锂稀土卤化物

说明书

本发明涉及可以用作固体电解质或用在电化学装置中的新型锂稀土卤化物。本发明还涉及用于合成此类锂稀土卤化物的干湿工艺以及容易由这些工艺获得的锂稀土卤化物。

本申请要求2020年4月14日在欧洲以编号20169464.3和编号20169467.6提交的申请的优先权，为了所有目的，这些申请各自的完整内容通过引用并入本文中。

本发明涉及可以用作固体电解质或用在电化学装置中的新型锂稀土卤化物。本发明还涉及用于合成此类锂稀土卤化物的干湿工艺以及容易由这些工艺获得的锂稀土卤化物。

背景技术

由于其高能量密度和功率密度，锂电池被用于为便携电子设备和电动车辆供能。常规的锂电池利用由溶解在有机溶剂中的锂盐形成的液体电解质。上述体系产生了安全性问题，因为有机溶剂是可燃的。锂枝晶的形成和穿过液体电解质介质可能造成短路并产生热，这造成导致严重损伤的事故。由于电解质溶液是可燃液体，当用在电池中时，人们担心出现泄漏、点燃或类似问题。在考虑到这些担心的情况下，期望开发具有高安全度的固体电解质作为用于下一代锂电池的电解质。

不可燃无机固体电解质为安全问题提供了解决方案。另外，它们的机械稳定性帮助抑制锂枝晶的形成，从而防止自放电和加热问题，并且延长电池的使用寿命。

由于其高离子传导率和机械特性，玻璃和玻璃陶瓷电解质对锂电池应用是有利的。这些电解质可以通过冷压被丸化并附着到电极材料上，这消除了高温组装步骤的必要性。去除高温烧结步骤消除了在锂电池中使用锂金属阳极的挑战之一。由于所有固态锂电池的广泛使用，对具有高锂离子传导率的固态电解质存在越来越多的需求。

近期已经报道了，尤其与基于硫代磷酸盐的电解质相比，通过干式机械合成生产的稀土卤化物Li₃YCl₆展现出对高电势的增强的氧化稳定性。然而，仍然需要改进离子传导率。

因此需要具有经优化的性能(如更高的离子传导率和更低的活化能)而不损害其他重要特性(如化学和机械稳定性)的新型固体电解质。

发明内容

出人意料地已经发现，可以通过使用至少两种稀土金属来获得与常用的Li₃YCl₆材料相比具有更高离子传导率和更低活化能的新型固体锂稀土卤化物。本发明的新型LiREX固体材料还展现出至少与常规卤化锂类似的化学和机械稳定性以及可处理性。本发明的固体材料还可以以改进的生产率来制备并且允许控制所获得产物的形貌。另外，稀土金属材料、尤其是用作生产锂稀土卤化物的原料的稀土金属材料表现为比常用的稀土卤化物材料更便宜并且具有更好的可放缩性。

本发明于是涉及一种根据以下通式(I)的固体材料：

Li_6-3x-4yRE_xT_yX₆(I)

其中：

-X是选自由F、Cl、I和Br组成的组的卤素；

-0x+(4/3)y2；优选0.8≤x+(4/3)y≤1.5；更优选0.95≤x+(4/3)y≤1.25；

-0≤y≤0.8；优选0.1≤y≤0.7；更优选0.2≤y≤0.6；

-RE表示两种或更多种稀土金属；这些稀土金属是彼此不同的；并且

-T是Zr或Hf；

前提条件是当y＝0并且RE表示两种稀土金属时，如果一种稀土金属是Y，则另一种稀土金属选自由Gd、Yb、Ho、Er、Dy、Ce、Tb和Nd组成的组。

本发明还涉及一种用于生产根据以下通式(I)的固体材料的方法：