新型固态电解质材料、电极材料、隔膜材料及二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种新型固态电解质材料、电极材料、隔膜材料及二次电池。新型固态电解质材料的化学式为Li2ADX4，其中A为Ca

【技术实现步骤摘要】
新型固态电解质材料、电极材料、隔膜材料及二次电池


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其涉及一种新型固态电解质材料、电极材料、隔膜材料及二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因为具有较高的工作电压、较高的能量密度、长的循环寿命等优点，被广泛应用于消费类电子产品以及电动汽车等交通工具。然而，目前使用的商业锂离子电池因采用含有易燃有机溶剂的液体电解质而存在着安全隐患。为了克服现有商业液态锂离子电池所面临的问题，科研人员正在大力发展基于固态电解质的固态锂电池。
[0003]固态锂电池中的核心材料是固态电解质，设计高离子电导率、高稳定性的固态电解质材料是推动固态锂电池发展的核心。目前常用的无机固态电解质材料主要分为硫化物体系和氧化物体系两类。与氧离子相比，硫离子具有更小的电负性以及较大的离子半径，因此硫化物固态电解质材料通常具有较高的离子电导率。其中，具有代表性的硫化物固态电解质材料Li
10
GeP2S
12
具有甚至超越常用电解液体系的室温离子电导率(～10
‑2S/cm)。但是，硫化物电解质普遍存在空气不稳定和与正负极材料兼容性差的问题。另一方面，以石榴石结构型Li7La3Zr2O
12
、钙钛矿结构型Li
3x
La
2/3
‑
x
TiO3、NASICON结构型Li
1.3
Ti
1.7
Al
0.3
(PO4)3为代表的氧化物电解质材料虽然具有10
‑4S/cm的离子电导率，但是却存在对水敏感、与金属锂浸润性差、对金属锂不稳定等问题。
[0004]目前常用的无机固态电解质材料仍存在一些缺陷和不足，因此，开发新型的固态电解质材料显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]基于以上问题及现状，本专利技术实施例提供了一种新型固态电解质材料、电极材料、隔膜材料及二次电池，该材料具有较高的离子电导率，并且通过元素掺杂取代，可以进一步提高离子电导率，从而能够应用于制备具有高安全、高比能的二次电池。
[0006]为此，在第一方面，本专利技术实施例提供了一种新型固态电解质材料，所述新型固态电解质材料的化学式为Li2ADX4，其中A为Ca
2+
或Sr
2+
或Ba
2+
中的一种或几种，D为Si
4+
或Ge
4+
或Sn
4+
中的一种或几种，X为S2‑
和/或Se2‑
；
[0007]所述新型固态电解质材料结构空间群为其中Li占据4d位置，A占据2a位置，D占据2b位置，X占据8i位置。
[0008]优选的，所述新型固态电解质材料中，A所占的晶格点位上存在部分取代A的异价态元素Al
3+
和/或Ga
3+
；D所在的晶格点位上存在部分取代D的异价态元素P
5+
和/或As
5+
；X所占的晶格点位上存在部分取代X的异价态元素F
‑
和/或Cl
‑
和/或Br
‑
；通过对A和/或D和/或X所占晶格点位的异价态元素部分取代产生Li离子空位；
[0009]所述A或D或X所占的晶格点位上的异价态元素的掺杂比例分别在0至0.5的范围内；
[0010]对所述晶格点位以异价态元素的部分取代用以提高所述新型固态电解质材料的离子电导率。
[0011]优选的，所述新型固态电解质材料中，D所占的晶格点位上存在部分取代D的异价态元素Al
3+
和/或Ga
3+
，通过所述对D所占晶格点位的异价态元素部分取代产生间隙Li离子；
[0012]所述D所占的晶格点位上的异价态元素的掺杂比例在0至0.5的范围内；
[0013]对所述晶格点位以异价态元素的部分取代用以提高所述新型固态电解质材料的离子电导率。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供了一种电极材料，包括上述第一方面所述的新型固态电解质材料。
[0015]优选的，所述新型固态电解质材料存在于所述电极材料的材料表面和/或内部和/或间隙中。
[0016]优选的，所述电极材料为正极材料或负极材料。
[0017]第三方面，本专利技术实施例提供了一种隔膜材料，包括上述第一方面所述的新型固态电解质材料。
[0018]优选的，所述新型固态电解质材料存在于所述隔膜材料的材料表面和/或内部和/或间隙中。
[0019]第四方面，本专利技术实施例提供了一种二次电池，包括上述第一方面所述的新型固态电解质材料。
[0020]优选的，所述二次电池包括：液态锂离子电池、液态钠离子电池、液态金属锂电池、液态金属钠电池、混合固液锂离子电池、混合固液钠离子电池、混合固液金属锂电池、混合固液金属钠电池、固态锂离子电池、固态钠离子电池、固态金属锂电池或固态金属钠电池中的任一种。
[0021]本专利技术提出的新型固态电解质材料，化学式为Li2ADX4，其中A为Ca
2+
或Sr
2+
或Ba
2+
中的一种或几种，D为Si
4+
或Ge
4+
或Sn
4+
中的一种或几种，X为S2‑
和/或Se2‑
，结构空间群为其中Li占据4d位置，A占据2a位置，D占据2b位置，X占据8i位置；材料具有较低的离子迁移势垒，低于0.56eV，具有较高的离子电导率，并且通过元素掺杂取代，可以进一步提高离子电导率，从而能够应用于制备具有高安全、高比能的二次电池。
附图说明
[0022]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。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的固态电解质材料Li2ADX4的晶体结构图；
[0024]图2为本专利技术实施例1提供的固态电解质材料Li2SrSiSe4的晶体结构图；
[0025]图3为本专利技术实施例1提供的固态电解质材料Li2SrSiSe4的电子态密度图；
[0026]图4为本专利技术实施例1中提供的固态电解质材料Li2SrSiSe4中的锂离子迁移通道的示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例1提供的固态电解质材料Li2SrSiSe4中的锂离子迁移势垒的曲线图；
[0028]图6为本专利技术实施例5提供的固态电解质材料Li2CaSiS4和Li
1.75
CaSiS
3.75
Cl
0.25
中的锂离子扩散系数的曲线图。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]本专利技术提出了一种新型固态电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型固态电解质材料，其特征在于，所述新型固态电解质材料的化学式为Li2ADX4，其中A为Ca
2+
或Sr
2+
或Ba
2+
中的一种或几种，D为Si
4+
或Ge
4+
或Sn
4+
中的一种或几种，X为S2‑
和/或Se2‑
；所述新型固态电解质材料结构空间群为其中Li占据4d位置，A占据2a位置，D占据2b位置，X占据8i位置。2.根据权利要求1所述的新型固态电解质材料，其特征在于，所述新型固态电解质材料中，A所占的晶格点位上存在部分取代A的异价态元素Al
3+
和/或Ga
3+
；D所占的晶格点位上存在部分取代D的异价态元素P
5+
和/或As
5+
；X所占的晶格点位上存在部分取代X的异价态元素F
‑
和/或Cl
‑
和/或Br
‑
；通过对A和/或D和/或X所占晶格点位的异价态元素部分取代产生Li离子空位；所述A或D或X所占的晶格点位上的异价态元素的掺杂比例分别在0至0.5的范围内；对所述晶格点位以异价态元素的部分取代用以提高所述新型固态电解质材料的离子电导率。3.根据权利要求1所述的新型固态电解质材料，其特征在于，所述新型固态电解质材料中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛慧灿，肖睿娟，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：