表面改性混合离子导体固态电解质材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种表面改性混合离子导体固态电解质材料及制备方法和应用，包括固态电解质颗粒及包覆在固态电解质颗粒表面的石墨烯层；其中，固态电解质颗粒包括Li

【技术实现步骤摘要】
表面改性混合离子导体固态电解质材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，特别涉及一种表面改性混合离子导体固态电解质材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电子产品，电动汽车，新能源产业以及航空航天等领域的迅速发展，对能源储存与转换所用的电池提出了越来越高的要求，包括能量密度、稳定性以及安全性等，其中锂离子电池因其较高的能量密度，得到了大规模产业化发展与应用。目前高能量密度的追求已越来越凸显出液态锂离子电池的安全性问题，而固态电池因兼具能量密度与安全性的优势受到学者们的关注。
[0003]目前市场上主流的固态电池所使用的固态电解质有聚合物固态电解质、硫化物固态电解质和氧化物固态电解质。其中聚合物固态电解质可与电极材料有很好的界面接触，但存在离子电导率低，不能抑制锂枝晶的问题；硫化物固态电解质具有较高的离子电导率、界面接触良好，但存在电化学稳定性差、空气稳定性差的问题；氧化物固态电解质相对技术难度较低，但存在应用过程中与正、负极之间的界面电阻较大的问题。综合电解质的性能与成本，就目前而言氧化物固态电解质未来更有潜力成为固态电解质的主要技术路线。因此解决现有固态电解质与正、负极之间的界面等问题意义重大。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种表面改性混合离子导体固态电解质材料及其制备方法和应用，由于该固态电解质材料中含有稳定的锆和硅元素，相比其他固态电解质，将其作为锂离子电池中的电解质层时，在电池充放电过程中其性质表现的更加稳定；通过在氧化物固态电解质表面包裹一层石墨烯结构，使正、负极不与氧化物固态电解质直接接触，而是通过材料表面包裹的石墨烯结构作为传导离子与电子的桥梁，从而削弱了固态电解质与正、负极之间的不相容以及界面电阻较大的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种表面改性混合离子导体固态电解质材料，所述表面改性混合离子导体固态电解质材料包括固态电解质颗粒及包覆在固态电解质颗粒表面的石墨烯层；
[0006]所述固态电解质颗粒包括Li
(x
‑
4y+9)
Zr
y
Si
x
P
(3
‑
x)
O
12
，其中0＜x＜3，1≤y≤2。
[0007]优选的，所述固态电解质颗粒的粒径在10nm
‑
50μm之间；
[0008]所述石墨烯层的厚度在0.5nm
‑
300nm之间；
[0009]所述表面改性混合离子导体固态电解质材料颗粒的粒径在10.5nm
‑
50.3μm之间。
[0010]优选的，所述石墨烯层包覆所述固态电解质颗粒表面的面积比例在60％
‑
100％之间；
[0011]所述石墨烯层的质量占所述表面改性混合离子导体固态电解质材料的质量比为0.04％
‑
5.0％。
[0012]优选的，所述表面改性混合离子导体固态电解质材料的离子电导率为1
×
10
‑5S/cm
‑5×
10
‑3S/cm。
[0013]第二方面，一种上述第一方面所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]将固态电解质颗粒均匀分散在氧化石墨烯的溶液中，得到分散液；
[0015]将所述分散液通过烘烤或喷雾干燥的方法烘干，之后研磨，得到前驱体；
[0016]将所述前驱体置于管式炉中，在氢气和惰性气体的混合气氛下进行还原反应，将氧化石墨烯还原为石墨烯，反应温度在600℃
‑
1100℃之间，反应时间在0.5小时
‑
10小时之间，得到固态电解质材料粉末；
[0017]经研磨，得到表面改性混合离子导体固态电解质材料。
[0018]优选的，所述固态电解质颗粒包括Li
(x
‑
4y+9)
Zr
y
Si
x
P
(3
‑
x)
O
12
，其中0＜x＜3，1≤y≤2。
[0019]优选的，所述固态电解质颗粒与所述氧化石墨烯的质量比为1：0.02
‑
1：0.3。
[0020]优选的，所述惰性气体与所述氢气的体积比为0.95：0.05
‑
0.9：0.1；所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气中的一种或多种。
[0021]第三方面，一种隔膜，所述隔膜包括上述第一方面所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料。
[0022]第四方面，一种锂电池，所述锂电池包括上述第三方面所述的隔膜。
[0023]本专利技术实施例提供的一种表面改性混合离子导体固态电解质材料，由于该固态电解质材料含有稳定的锆和硅元素，相比其他固态电解质，将其作为锂离子电池中的电解质层时，在电池充放电过程中其性质表现的更加稳定；通过在固态电解质表面包覆一层石墨烯结构，使正、负极不与固态电解质直接接触，而是通过材料表面包裹的石墨烯结构作为传导离子与电子的桥梁，从而削弱了固态电解质与正、负极之间的不相容以及界面电阻较大的问题。
附图说明
[0024]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0025]图1是本专利技术实施例提供的表面改性混合离子导体固态电解质材料制备方法的流程图；
[0026]图2是本专利技术实施例1提供的表面改性混合离子导体固态电解质材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0027]图3是本专利技术实施例2提供的表面改性混合离子导体固态电解质材料的SEM图；
[0028]图4是专利技术实施例2提供的表面改性混合离子导体固态电解质材料的充放电循环图；
[0029]图5是专利技术实施例1提供的表面改性混合离子导体固态电解质材料与对比例1和对比例2的固态电解质材料循环容量保持率对比图。
具体实施方式
[0030]下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不
意于限制本专利技术的保护范围。
[0031]本专利技术实施例提供了一种表面改性混合离子导体固态电解质材料，包括固态电解质颗粒及包覆在固态电解质颗粒表面的石墨烯层；表面改性混合离子导体固态电解质材料颗粒的粒径在10.5nm
‑
50.3μm之间，离子电导率为1
×
10
‑5S/cm
‑5×
10
‑3S/cm。
[0032]固态电解质颗粒包括Li
(x
‑
4y+9)
Zr
y
Si
x
P
(3
‑
x)
O
12
，其中0＜x＜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面改性混合离子导体固态电解质材料，其特征在于，所述表面改性混合离子导体固态电解质材料包括固态电解质颗粒及包覆在固态电解质颗粒表面的石墨烯层；所述固态电解质颗粒包括Li
(x
‑
4y+9)
Zr
y
Si
x
P
(3
‑
x)
O
12
，其中0＜x＜3，1≤y≤2。2.根据权利要求1所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质颗粒的粒径在10nm
‑
50μm之间；所述石墨烯层的厚度在0.5nm
‑
300nm之间；所述表面改性混合离子导体固态电解质材料颗粒的粒径在10.5nm
‑
50.3μm之间。3.根据权利要求1所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料，其特征在于，所述石墨烯层包覆所述固态电解质颗粒表面的面积比例在60％
‑
100％之间；所述石墨烯层的质量占所述表面改性混合离子导体固态电解质材料的质量比为0.04％
‑
5.0％。4.根据权利要求1所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料，其特征在于，所述表面改性混合离子导体固态电解质材料的离子电导率为1
×
10
‑5S/cm
‑5×
10
‑3S/cm。5.一种上述权利要求1
‑
4任一所述的表面改性混合离子导体固态电解质材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永明，杨谦，罗飞，陶翔，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：