固态电解质材料及其制备方法与应用技术

一种固态电解质材料及其制备方法与应用，所述材料化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
固态电解质材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及固态电池领域，具体涉及一种稀土卤化物固态电解质材料 及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]基于固态电解质的全固态电池是目前动力电池的重要发展方向，有望 获得比目前基于液态电解质的传统锂离子电池更高的比能量密度，并可彻 底解决传统锂离子电池的安全性问题。
[0003]性能优异的固态电解质材料是全固态电池的关键。通常希望固态电解 质具备以下三个方面的性质：(1)优异的本征电化学性能，包括高的室温 离子电导率，适宜的电化学窗口；(2)良好的物化稳定性，以便于固态电 池的制造；(3)较低的原材料和制造成本，以满足固态电池商业应用的经 济可行性。
[0004]现有的固态电解质材料中，研究较多的主要有聚合物、氧化物、硫化 物材料，但这些材料在全固态电池的应用中均存在不同程度问题，比如聚 合物材料的电化学窗口过窄，氧化物材料离子电导率偏低且制备成本偏 高，硫化物材料空气稳定性差、电化学稳定性差等，从而限制了其商业化 应用。
[0005]2018年，日本松下报道了两种新型卤化物固态电解质Li3YCl6和 Li3YBr6，其室温离子电导率分别可达0.51mS
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和1.7mS
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，氧化 电位分别可达4.21V和3.15V，展现出了良好的应用潜力，因而引起了人 们对于卤化物固态电解质的广泛兴趣。随后Li3ErCl6、Li3InCl6和Li3ScCl6材料相继被报道，室温离子电导率分别可达0.31mS
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、2.04mS
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和3mS
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，其中Li3InCl6和Li3ScCl6都具有4V以上的电化学氧化电位。 然而目前已报道的这些材料中，Li3InCl6和Li3ScCl6所用In、Sc元素成本 昂贵，非常不利于其未来产业化应用。Li3YCl6、Li3YBr6、Li3ErCl6一方面 氧化电位仍偏低；另一方面极易吸潮，空气稳定性较差，不利于固态电池 的制造。
[0006]采取合适的策略对Li3YCl6等使用廉价稀土原料的稀土卤化物固态电 解质材料进行性能优化，在保持其较高离子电导率的前提下，提升其电化 学氧化电位，同时改善其空气稳定性，将是开发具有商业化应用前景的新 型固态电解质材料的有效手段。

技术实现思路

[0007](一)专利技术目的
[0008]本专利技术的目的在于提高稀土卤化物固态电解质材料的性能，特别是提 高其电化学氧化电位和空气稳定性，从而获得综合性能更为优异的新材 料。
[0009](二)技术方案
[0010]为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种稀土卤化物固态电解 质材料，化学通式为Li
a
REX
b
F
c
，其中RE为稀土元素Y、Er、Yb中的至 少一种，X为Cl、Br中的一种或两种，2.5≤a≤3.5，3.5≤b＜6.5，0＜c≤2。
[0011]可选地，a的下限选自2.5、2.8、2.9、3、3.08、3.1、3.2或3.45，上 限选自2.8、2.9、3、3.08、3.1、3.2、3.45或3.5；
[0012]b的下限选自3.5、4、4.2、4.5、5.4、5.5、5.6、5.7、5.9、6、6.1或 6.4，上限选自4、4.2、4.5、5.4、5.5、5.6、5.7、5.9、6、6.1或6.4。
[0013]c的下限选自0.05、0.08、0.1、0.2、0.3、0.5、1.5或1.8，上限选自 0.08、0.1、0.2、0.3、0.5、1.5、1.8或2。
[0014]可选地，RE为稀土元素Y、Er、Yb中的一种，X为Cl、Br中的一种。
[0015]可选地，X为Cl，2.8≤a≤3.2，5.7≤b≤6，0＜c≤0.2。
[0016]当元素按以上配比时，F的引入不会引起氯化物晶相变化，因而既能 保证材料具有较高的离子电导率，又能显著提高其氧化电位。
[0017]可选地，所述的固态电解质材料的离子电导率≥0.45mS
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，优选≥ 0.5mS
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，更优选≥0.69mS
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；
[0018]可选地，所述的固态电解质材料的电化学氧化电位≥4.33V，优选＞ 4.38V，更优选≥4.50V；
[0019]可选地，所述的固态电解质材料的相对吸湿率≤58％，优选≤54％， 更优选≤50％。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，很少量的F替代即可将Li3YCl6的氧化电 位由4.10V提升至4.50V，同时保持0.50mS
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的离子电导率。材料的 吸湿性也有明显改善，与不掺F相比，同等条件下的相对吸湿率降低了 50％。
[0021]可选地，X为Br，2.8≤a≤3.2，4≤b≤6.1，0.1≤c≤1.5。
[0022]当F的引入量为该范围时，既能维持材料的离子电导率在较高的水平， 又能有效提升其氧化电位。
[0023]根据本专利技术的另一个实施例，一定量的F替代可将Li3YBr6的氧化电 位由3.12V提升至3.52V，同时保持其离子电导率在2.10mS
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。材料的 吸湿性也有大幅改善，同等条件下的相对吸湿率降低了63％。
[0024]可选地，所述的固态电解质材料的离子电导率≥0.75mS
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，优选≥ 1.25mS
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，更优选≥1.84mS
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；
[0025]可选地，所述的固态电解质材料的电化学氧化电位≥3.35V，优选＞ 3.41V，更优选≥3.52V；
[0026]可选地，所述的固态电解质材料的相对吸湿率≤44％，优选≤36％， 更优选≤29％。
[0027]本申请的第二方面提供了上述任一项所述稀土卤化物固态电解质材 料的制备方法，包括：
[0028](1)根据化学通式所示成分及摩尔比称取原料，所述原料为Li的卤 化物和RE的卤化物；
[0029]其中，所述原料中至少包含一种氟化物。
[0030](2)将称取的原料研磨成粉，混合，得到原料混合物；
[0031](3)对所述原料混合物进行固相烧结，得到所述稀土卤化物固态电 解质材料。
[0032]可选地，步骤(3)所述固相烧结的具体条件包括：
[0033]在真空或干燥惰性气氛条件下进行；
[0034]烧结温度为500～700℃；
[0035]烧结时间为2～12h。
[0036]本申请的第三个方面，提供了一种固态电池，其固态电解质为上述任 一项所述稀土卤化物固态电解质材料、上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土卤化物固态电解质材料，其特征在于，化学通式为Li
a
REX
b
F
c
，其中RE为稀土元素Y、Er、Yb中的至少一种，X为Cl、Br中的一种或两种，2.5≤a≤3.5，3.5≤b＜6.5，0＜c≤2。2.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，RE为稀土元素Y、Er、Yb中的一种，X为Cl、Br中的一种。3.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，X为Cl，2.8≤a≤3.2，5.7≤b≤6，0＜c≤0.2。4.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，X为Br，2.8≤a≤3.2，4≤b≤6.1，0.1≤c≤1.5。5.根据权利要求3所述的固态电解质材料，其特征在于，其离子电导率≥0.45mS
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，电化学氧化电位≥4.33...

【专利技术属性】
技术研发人员：余金秋，徐国峰，罗亮，杨容，赵尚骞，余天玮，段奕，王建涛，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：