反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片和全固态电池技术

本申请涉及全固态电池技术领域，具体而言，涉及一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片和全固态电池。反钙钛矿固态电解质材料包括立方相(Li2‑

【技术实现步骤摘要】
反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片和全固态电池


[0001]本申请涉及全固态电池
，具体而言，涉及一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片和全固态电池。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，可充电电池被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车以及充电站等。全固态电池采用固态电解质取代传统电解液，可以有效稳定电解质界面，提高可充电电池的安全性，也可以提高电池的能量密度。其中，反钙钛矿固态电解质具有活化势垒低、电子电导率低、电化学窗宽、对锂金属化学稳定性好、重量轻以及环境友好等优点，应用前景良好。
[0003]但是，现有的反钙钛矿固态电解质普遍存在离子电导率低的问题，不能很好地满足二次电池的需求，极大地限制了反钙钛矿固态电解质的应用。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片和全固态电池，其旨在改善现有的反钙钛矿固态电解质的离子电导率较低的技术问题。
[0005]第一方面，本申请提供一种反钙钛矿固态电解质材料，包括立方相(Li2‑
y
M
y/m
)B(A1‑
2x
S
x
)，其中，M为价态为m的阳离子，B包括OH
‑
、SH
‑
、SeH
‑
、F
‑
以及H
‑
中的至少一种，A包括F
‑
、Cl
‑
、Br
‑/>以及I
‑
中的至少一种，0＜x≤0.3，0≤y<2。
[0006]本申请提供的反钙钛矿固态电解质材料能够形成具有稳定结构的立方相晶型，也有利于增加离子的传输空位，降低离子的转移活化能，进而提高反钙钛矿固态电解质材料的离子电导率。
[0007]在一种可能的实施方式中，M包括Na
+
、K
+
、Rb
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Sr
2+
、Zn
2+
、La
3+
、Al
3+
、Ga
3+
、Si
4+
、Ge
4+
以及Sn
4+
中的至少一种。
[0008]可选地，y＝0，B为OH
‑
，A为Br
‑
。
[0009]在一种可能的实施方式中，固态电解质材料包括立方相Li2OHBr
0.8
S
0.1
、立方相Li2OHBr
0.6
S
0.2
以及立方相Li2OHBr
0.4
S
0.3
中的至少一种。
[0010]上述物质具有较多的离子传输空位，可以有效降低离子的转移活化能，进而有利于提高反钙钛矿固态电解质材料的离子电导率。
[0011]第二方面，本申请提供一种如上述第一方面提供的反钙钛矿固态电解质材料的制备方法，包括按照通式(Li2‑
y
M
y/m
)B(A1‑
2x
S
x
)将原料混合后，于0.1
‑
10GPa、300
‑
1000℃下压制合成不少于10min。
[0012]按照通式(Li2‑
y
M
y/m
)B(A1‑
2x
S
x
)将原料混合后压制合成，0.1
‑
10GPa、300
‑
1000℃以及不少于10min的压制合成条件，有利于快速制备出结晶性良好、纯度高的立方相反钙钛矿固态电解质材料；且制得的立方相反钙钛矿固态电解质材料能够增加离子的传输空位，降
低离子的转移活化能，有利于提高反钙钛矿固态电解质材料的离子电导率。
[0013]在一种可能的实施方式中，当y为0、A为Br
‑
且B为OH
‑
时，原料包括LiOH、LiBr和Li2S。
[0014]在一种可能的实施方式中，压制合成的压力为1
‑
5GPa，压制合成的温度为400
‑
600℃，压制合成的时间为20
‑
40min。
[0015]上述压制合成条件可以在实现快速制备出立方相反钙钛矿固态电解质材料的基础上，能够保障制得的反钙钛矿固态电解质材料的结晶性良好且纯度高。
[0016]可选地，压制合成的压力为3GPa，压制合成的温度为500℃，压制合成的时间为30min。
[0017]在一种可能的实施方式中，将原料混合的步骤包括：将原料于转速为200
‑
600rpm的条件下进行球磨混合2
‑
6h。
[0018]上述球磨混合的条件下，可以实现充分研磨原料，提高原料的混合均匀性，进而有利于提高后续压制合成过程中原料的利用率，减小副产物的生成，提高立方相反钙钛矿固态电解质材料的纯度和离子电导率；也利于提高压制合成的反应速率。
[0019]在一种可能的实施方式中，将原料混合的步骤与压制合成的步骤之间还包括对混合后的原料于200
‑
100MPa下预压1
‑
5min。
[0020]压制合成前，先将原料混合物于20
‑
100MPa下预压1
‑
5min，可以使得原料之间的结合更加紧密，有利于提高后续压制合成过程中原子之间的相互碰撞效果，进而有利于提高反钙钛矿固态电解质材料的结晶性，增加离子的传输空位，提高反钙钛矿固态电解质材料的离子电导率。
[0021]第三方面，本申请提供一种固态电解质片，包括上述第一方面提供的反钙钛矿固态电解质材料或采用上述第二方面提供的反钙钛矿固态电解质材料的制备方法制得的反钙钛矿固态电解质材料。
[0022]本申请提供的固态电解质片具有较高的离子电导率，具有良好的应用前景。
[0023]第四方面，本申请提供一种全固态电池，包括上述第三方面提供的固态电解质片。
[0024]本申请提供的全固态电池具有较高的离子电导率。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1示出了本申请实施例1提供的反钙钛矿固态电解质材料在不同放大倍数下的SEM图。
[0027]图2示出了本申请实施例1
‑
3以及对比例1
‑
2提供的反钙钛矿固态电解质材料的XR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反钙钛矿固态电解质材料，其特征在于，包括立方相(Li2‑
y
M
y/m
)B(A1‑
2x
S
x
)，其中，M为价态为m的金属阳离子，B包括OH
‑
、SH
‑
、SeH
‑
、F
‑
以及H
‑
中的至少一种，A包括F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
以及I
‑
中的至少一种，0＜x≤0.3，0≤y<2。2.根据权利要求1所述的反钙钛矿固态电解质材料，其特征在于，M包括Na
+
、K
+
、Rb
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Sr
2+
、Zn
2+
、La
3+
、Al
3+
、Ga
3+
、Si
4+
、Ge
4+
以及Sn
4+
中的至少一种；可选地，y＝0，B为OH
‑
，A为Br
‑
。3.根据权利要求1或2所述的反钙钛矿固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料包括立方相Li2OHBr
0.8
S
0.1
、立方相Li2OHBr
0.6
S
0.2
以及立方相Li2OHBr
0.4
S
0.3
中的至少一种。4.一种如权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王李平，黄士超，赵予生，王培，韩松柏，朱金龙，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：