固态电解质及其制备方法、电池技术

本发明专利技术提供了一种固态电解质，所述固态电解质的组成原料包括ZnX2和LiX，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种。本发明专利技术还提供一种固态电解质的制备方法和电池。本发明专利技术提供的固态电解质采用卤化物具有较低的熔点，可减少融制过程中Li挥发损失，并且卤素阴离子具有较大的离子半径和较低的电荷量，可使得玻璃网络对Li离子的束缚能力减弱，有利于Li离子的传输，与同类型的氧化物块体电解质玻璃相比，其离子电导率更高。高。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质及其制备方法、电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法、电池。

技术介绍

[0002]近年来，随着纯电动汽车和可穿戴电子设备的发展，传统液体电解质的锂离子电池已经难以满足人们对高能量密度、高安全性的苛刻需求，无机全固态锂离子电池作为当前解决这一问题的突破口，而备受各研究机构和企业的重视。作为无机全固态电池的核心无机固态电解质，虽然其具有较大的弹性模量，但是其中的微小缝隙依然会为锂枝晶的生长提供通道，导致电池失效、甚至产生安全问题。所以实现固态电解质的致密化仍然是研究的重点之一。块体电解质玻璃材料由于没有晶界，具有结构的完整性，是目前最有希望完全抑制锂枝晶生长的物质之一。目前所研究的块体电解质玻璃材料主要包括氧化物类和硫化物类两种。两者都有各自的优点，但也存在不可回避的问题。氧化物块体电解质玻璃制备温度高，一般在1000℃以上，在此温度下会有明显的Li挥发损失，致使电解质玻璃成分难以精确控制。硫化物块体电解质玻璃虽在电导率方面有优势，但其氧化电位低，充电过程容易被正极氧化产生副产物，对氧和水敏感，工作中可能产生H2S等有毒、易燃气体，带来安全隐患的同时，不利于环境保护，而且原材料硫化物的成本相对较高。

技术实现思路

[0003]本申请内容旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，在本申请的第一个方面，提供一种固态电解质，所述固态电解质的组成原料包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种。
[0004]在本申请的第二个方面，提供一种固态电解质的制备方法，所述固态电解质的制备方法包括：
[0005]将电解质原料混合磨匀，形成电解质组合物粉料，所述电解质原料包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种；
[0006]将电解质组合物粉料烘干后进行熔制，得到熔融玻璃液；
[0007]将所述熔融玻璃液进行淬冷，得到固态电解质玻璃片。
[0008]本申请的第三个方面，提供一种电池，所述电池还包括如上所述的固态电解质。
[0009]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的固态电解质的组成原料中采用的卤化物具有较低的熔点，可减少融制过程中Li挥发损失，并且卤素阴离子具有较大的离子半径和较低的电荷量，可使得玻璃网络对Li离子的束缚能力减弱，有利于Li离子的传输，与同类型的氧化物块体电解质玻璃相比，其离子电导率更高。
具体实施方式
[0010]以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。
[0011]本专利技术一实施例提供一种固态电解质，所述固态电解质由电解质组合物制成，所述电解质组合物包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种。
[0012]本专利技术中采用的是卤化锌和卤化锂，其中，卤化锌用于构成玻璃网络骨架，起到玻璃形成体的作用，卤化锂可提供固态电解质中的可传导的Li离子。本专利技术中，卤化物熔点较低，使得固体电解质的制备温度大幅降低，为300℃－500℃，节省能耗的同时，减少了熔制过程中Li的挥发损失。而同类型的氧化物块体电解质玻璃的制备温度在1000℃－1600℃，硫化物块体电解质玻璃制备温度在800℃－1100℃，在这些高温下，具有明显的Li的挥发损失。另外，由于F、Cl、Br和I这些卤素阴离子具有较大的离子半径，较低的电荷量，这使得玻璃网络对Li离子的束缚能力减弱，有利于Li离子的传输，与同类型的氧化物块体电解质玻璃相比，其离子电导率更高；和部分同类型的硫化物块体电解质玻璃的离子电导率大小相当，但由于玻璃主体为卤化物，其氧化电位比硫化物块体电解质玻璃要高，增加了其与正极界面接触的稳定性，有利于匹配高电压平台的正极材料。
[0013]本专利技术提供的固态电解质的组成原料中采用的卤化物具有较低的熔点，可减少融制过程中Li挥发损失，并且卤素阴离子具有较大的离子半径和较低的电荷量，可使得玻璃网络对Li离子的束缚能力减弱，有利于Li离子的传输，与同类型的氧化物块体电解质玻璃相比，其离子电导率更高。
[0014]在一较佳实施方式中，所述固态电解质具有玻璃态结构。
[0015]在一较佳实施方式中，所述ZnX2为ZnCl2或者ZnBr2。
[0016]在一较佳实施方式中，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(50－70)∶(30－50)。
[0017]在一实施方式中，所述电解质组合物还包括增强组分，所述增强组分为MZ2和WQ3中的一种或两种，其中，所述M为Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra中的至少一种，所述W为Al、Ga、In和Tl中的至少一种，所述Z选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Q选自F、Cl、Br和I中的至少一种；
[0018]所述ZnX2、LiX以及增强组分的摩尔比为(40－85)∶(10－50)∶(5－30)。
[0019]其中Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra为第二主族中的元素，Al、Ga、In和Tl为第三主族的元素，所述MZ2和WQ3可增强玻璃的三维网络结构，进而改善玻璃稳定性。
[0020]当增强组分为MZ2和WQ3两种时，MZ2和WQ3的摩尔比可以任意搭配，使得两种的摩尔总和，满足ZnX2、LiX以及MZ2和WQ3两者总和的摩尔比为(40－85)∶(10－50)∶(5－30)。
[0021]在一些实施方式中，所述固态电解质的组成原料包括ZnX2、LiY以及MZ2，ZnX2、LiY以及MZ2的摩尔比为(40－60)∶(30－40)∶(5－25)。
[0022]在一些实施方式中，所述固态电解质的组成原料包括ZnX2、LiY以及WQ3，ZnX2、LiY以及WQ3的摩尔比为(40－60)∶(10－50)∶(5－30)。
[0023]在一较佳实施方式中，所述MZ2为BaCl2、SrCl2或者CaCl2。
[0024]在一较佳实施方式中，所述WQ3为AlCl3或者InCl3。
[0025]本专利技术一实施例还提供一种固态电解质的制备方法，所述固态电解质的制备方法
包括步骤S100、步骤S200和步骤S300。详细步骤如下所述。
[0026]步骤S100，将电解质原料混合磨匀，形成电解质组合物粉料，所述电解质原料包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种。
[0027]步骤S200，将电解质组合物粉料烘干后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的组成原料包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种。2.如权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的组成原料还包括增强组分，所述增强组分为MZ2和WQ3的一种或两种，其中，所述M为Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Ra中的至少一种，所述W为Al、Ga、In和Tl中的至少一种，所述Z选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Q选自F、Cl、Br和I中的至少一种；所述ZnX2、LiY以及增强组分的摩尔比为(40－85)∶(10－50)∶(5－30)。3.如权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质具有玻璃态结构。4.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，所述固态电解质的制备方法包括：将电解质原料混合磨匀，形成电解质组合物粉料，所述电解质原料包括ZnX2和LiY，所述ZnX2和所述LiY的摩尔比为(40－90)∶(10－60)，所述X选自F、Cl、Br和I中的至少一种，所述Y选自F、Cl、Br和I中的至少一种；将电解质组合物粉料烘干后进行熔制，得到熔融玻璃液；将所述熔融玻璃液进行淬冷，得到固态电解质玻璃片。5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：时琢，胡屹伟，谢静，郭姿珠，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：