一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途。所述碳包覆固态电解质材料包括：固态电解质内核和碳层外壳；所述固态电解质内核的颗粒大小为10nm‑100μm，所述碳层外壳为粒径在1nm‑1μm的颗粒或者厚度为1nm‑1μm的连续薄膜；所述碳包覆固态电解质材料的粒度大小为10nm‑100μm；所述碳包覆固态电解质材料的拉曼光谱有D峰和G峰两个特征峰；其中，D峰在波长范围1300cm

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途
本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途。
技术介绍
随着汽车行业的发展，混合电动车(HEV)和电动车(EV)己成为将来燃油驱动汽车的替代者而备受关注，而移动电源系统是作为电动汽车的关键部件之一。因此，具有高比能量、长寿命和良好安全性的高性能、低成本和环境友好的电池将成为移动电源产业发展的重点和热点。锂离子电池正是为适应这一需求而发展起来的新一代绿色高能充电电池。它具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等突出优点。固态锂离子电池是比当前流行的液态锂离子电池更加先进的电池。然而当前固态锂离子电池中还有一些问题亟需解决，如电池极化较大、倍率性能较差等问题；产生这些问题的根本原因是现有固态电解质的锂离子和电子导电性能较差，这与固态电解质多为无极材料有关，其和晶态的正极材料、负极材料的浸润性差，表面阻抗低。因此，迫切需要提出一种新的固态电解质材料，来解决现有固态电解质材料存在的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途。本专利技术的碳包覆固态电解质材料具有超薄碳层，均匀致密，拉曼光谱ID/IG≤1.0石墨化程度高等特点，对固态电解质的锂离子电导率和电子电导率的性能有很好的改善作用。第一方面，本专利技术实施例提供了一种碳包覆固态电解质材料，包括：固态电解质内核和碳层外壳；所述固态电解质内核的颗粒大小为10nm-100μm，所述碳层外壳为粒径在1nm-1μm的颗粒或者厚度为1nm-1μm的连续薄膜；所述碳包覆固态电解质材料的粒度大小为10nm-100μm；所述碳包覆固态电解质材料的拉曼光谱有D峰和G峰两个特征峰；其中，D峰在波长范围1300cm-1～1460cm-1出现，G峰在波长范围1460cm-1～1620cm-1出现，D峰和G峰的峰强度比值ID/IG≤1.0。优选的，所述固态电解质内核具体为石榴石型固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、LISCION固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或硫化物固态电解质材料中的一种或多种混合；其中,所述石榴石型固态电解质材料具体为：Li7A13B12O12，其中A1为La、Ca、Sr、Ba、K中的一种或多种，B1为Zr、Ta、Nb、Hf中的一种或多种；所述NASICON型固态电解质材料具体为：Li1+xA2xB22-x(PO4)3，其中x在0.01-0.5之间，A2为Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se、La中的一种或多种，B2为Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V、铪元素Hf中的一种或多种；所述LISICON型固态电解质材料具体为：Li14-zA3(B3O4)4，其中A3为Zr、Cr、Sn中的一种或多种，B3为Si、S、P中的一种或多种；z在0-8之间；所述钙钛矿型固态电解质材料具体为：Li3xA42/3-xB4O3，其中x在0.01-0.5之间，A4为La、Al、Mg、Fe、Ta中的一种或多种，B4为Ti、Nb、Sr、Pr中的一种或多种；所述硫化物固态电解质材料具体为：yLi2S-(1-y)P2S5、yLi2S-(1-y)Al2S3、yLi2S-(1-y)SiS2或Li10A5B42S12中的一种或者多种；其中0<y<1，A5为Ge、Sn、Pb中的一种或多种，B5为P、S、Al中的一种或多种。第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的碳包覆固态电解质材料的制备方法，所述制备方法为固相法或气相法；所述固相法包括：将碳源前驱体与固态电解质材料按照质量比1：1000-1000：1均匀混合，并在180℃～1500℃的惰性气氛中焙烧2-8小时，得到碳包覆固态电解质材料；其中，所述碳源前驱体包括酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、沥青、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种；所述气相法包括：按照流量0.1L/min-10L/min将有机碳源气体通入到放置有固态电解质材料的沉积设备中，并在180℃～1500℃的惰性气氛中进行1～10小时气相包覆，得到碳包覆固态电解质材料；其中，所述有机碳源气体包括乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷中的一种或多种。优选的，所述固态电解质材料具体为石榴石型固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、LISCION固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或硫化物固态电解质材料中的一种或多种混合；其中,所述石榴石型固态电解质材料具体为：Li7A13B12O12，其中A1为La、Ca、Sr、Ba、K中的一种或多种，B1为Zr、Ta、Nb、Hf中的一种或多种；所述NASICON型固态电解质材料具体为：Li1+xA2xB22-x(PO4)3，其中x在0.01-0.5之间，A2为Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se、La中的一种或多种，B2为Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V、铪元素Hf中的一种或多种；所述LISICON型固态电解质材料具体为：Li14-zA3(B3O4)4，其中A3为Zr、Cr、Sn中的一种或多种，B3为Si、S、P中的一种或多种；z在0-8之间；所述钙钛矿型固态电解质材料具体为：Li3xA42/3-xB4O3，其中x在0.01-0.5之间，A4为La、Al、Mg、Fe、Ta中的一种或多种，B4为Ti、Nb、Sr、Pr中的一种或多种；所述硫化物固态电解质材料具体为：yLi2S-(1-y)P2S5、yLi2S-(1-y)Al2S3、yLi2S-(1-y)SiS2或Li10A5B42S12中的一种或者多种；其中0<y<1，A5为Ge、Sn、Pb中的一种或多种，B5为P、S、Al中的一种或多种。优选的，所述惰性气氛为通入氮气、氦气、氖气、氩气中的一种或多种惰性气体的气氛；其中，惰性气体的通入流量为0.1L/min-10L/min。优选的，所述固相法中，所述碳源前驱体与固态电解质材料的均匀混合的方式具体包括：搅拌混合、超声振荡混合、球磨混合或研磨混合中的任一种。第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的碳包覆固态电解质材料的用途，所述碳包覆固态电解质材料用于电极涂覆浆料、电池极片、电解质或锂离子电池。本专利技术实施例提供的碳包覆固态电解质材料，将固态电解质材料与碳源前驱体混后，在180～1500℃惰性气氛下反应实现碳源对固态电解质材料的固相或气相包覆，得到具有复合核壳结构的碳包覆固态电解质材料。所得材料具有超薄碳层，均匀致密，拉曼光谱ID/IG≤1.0，晶格缺陷少，石墨化程度高等特点。本专利技术提供的碳包覆固态电解质材料具有修饰的固态电解质表面，不仅具备均匀超薄的碳包覆层，还有效避免固态电解质纳米尺寸颗粒彼此间的融合团聚，为锂离子和电子的传输提供了更有效的通道，从而提高了材料的电化学性能，对固态电解质的锂离子电导率和电子电导率的性能有很好的改善作用。...

【技术保护点】
1.一种碳包覆固态电解质材料，其特征在于，所述碳包覆固态电解质材料包括：固态电解质内核和碳层外壳；/n所述固态电解质内核的颗粒大小为10nm-100μm，所述碳层外壳为粒径在1nm-1μm的颗粒或者厚度为1nm-1μm的连续薄膜；所述碳包覆固态电解质材料的粒度大小为10nm-100μm；/n所述碳包覆固态电解质材料的拉曼光谱有D峰和G峰两个特征峰；/n其中，D峰在波长范围1300cm

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆固态电解质材料，其特征在于，所述碳包覆固态电解质材料包括：固态电解质内核和碳层外壳；
所述固态电解质内核的颗粒大小为10nm-100μm，所述碳层外壳为粒径在1nm-1μm的颗粒或者厚度为1nm-1μm的连续薄膜；所述碳包覆固态电解质材料的粒度大小为10nm-100μm；
所述碳包覆固态电解质材料的拉曼光谱有D峰和G峰两个特征峰；
其中，D峰在波长范围1300cm-1～1460cm-1出现，G峰在波长范围1460cm-1～1620cm-1出现，D峰和G峰的峰强度比值ID/IG≤1.0。


2.根据权利要求1所述的碳包覆固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质内核具体为石榴石型固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、LISCION固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或硫化物固态电解质材料中的一种或多种混合；
其中,所述石榴石型固态电解质材料具体为：Li7A13B12O12，其中A1为La、Ca、Sr、Ba、K中的一种或多种，B1为Zr、Ta、Nb、Hf中的一种或多种；
所述NASICON型固态电解质材料具体为：Li1+xA2xB22-x(PO4)3，其中x在0.01-0.5之间，A2为Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se、La中的一种或多种，B2为Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V、铪元素Hf中的一种或多种；
所述LISICON型固态电解质材料具体为：Li14A3(B3O4)4，其中A3为Zr、Cr、Sn中的一种或多种，B3为Si、S、P中的一种或多种；
所述钙钛矿型固态电解质材料具体为：Li3xA42/3-xB4O3，其中x在0.01-0.5之间，A4为La、Al、Mg、Fe、Ta中的一种或多种，B4为Ti、Nb、Sr、Pr中的一种或多种；
所述硫化物固态电解质材料具体为：yLi2S-(1-y)P2S5、yLi2S-(1-y)Al2S3、yLi2S-(1-y)SiS2或Li10A5B42S12中的一种或者多种；其中0<y<1，A5为Ge、Sn、Pb中的一种或多种，B5为P、S、Al中的一种或多种。


3.一种上述权利要求1或2任一所述的碳包覆固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为固相法或气相法；
所述固相法包括：将碳源前驱体与固态电解质材料按照质量比1：1000-1000：1均匀混合，并在180℃～1500℃的惰性气氛中焙烧2-8小时，得到碳包覆固态电解质材料；其中，所述碳源前驱体包括酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、沥青、柠檬酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫昭，潘弘毅，陈汝颂，禹习谦，李泓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11