电解质及其制备方法、固态电池及其制备方法、及车辆技术

本发明专利技术的实施例提供了用于固态电池的电解质及其制备方法、固态电池及其制备方法、及车辆。所述用于固态电池的电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr元素、O元素、以及Cl元素。反钛矿型的低维结构有效地提高电解质的离子电导率。同时，电解质中所包含的Zr元素可以有效地提高反钙钛矿型电解质在空气中稳定性，使得原本由于空气稳定性较差而导致不容易应用于实际生产中的反钙钛矿电解质可以在空气环境下正常使用。另外，由于反钙钛矿具有熔点低的特性，可以实现低温共烧结制备固态电池，便于将反钙钛矿型电解质材料稳定地应用于固态电池的生产以及应用过程，且适用于高镍三元和锂金属负极的高比能体系。能体系。

【技术实现步骤摘要】
电解质及其制备方法、固态电池及其制备方法、及车辆


[0001]本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种用于固态电池的电解质、一种用于固态电池的电解质的制备方法、一种固态电池、以及一种车辆。

技术介绍

[0002]固态电池通常指的是使用固体电极和固体电解液的电池。固体电池相对于液态电池而言，可以有效地降低热失控的风险，具有更高的理论能量密度、以及更高的体积能量密度。但是，固态电池相对于液态电池而言，固态电解质的电导率可以远小于液态电池电解液的电导率。导致固态电池的快充性能不佳。需要开发具有更高电导率的固态电解质，提高固体电池的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的实施例是提供一种用于固态电池的电解质、一种用于固态电池的电解质的制备方法、一种固态电池、以及一种车辆，以提高固体电池的电导率。
[0004]本专利技术的实施例公开了一种用于固态电池的电解质，所述用于固态电池的电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr 元素、O元素、以及Cl元素。
[0005]可选地，所述用于固态电池的电解质包括零维晶体结构的电解质，化学通式为Li
x
Zr
(6
‑
x)/4
OCl4(x＝2,3,4,5)。
[0006]可选地，所述用于固态电池的电解质包括一维晶体结构的电解质，化学通式为Li2ZrO
x
Cl
(6
‑
2x)
(x＝0.25,0.5,0.75,1)。/>[0007]可选地，所述用于固态电池的电解质包括二维晶体结构或者三维晶体结构的电解质，化学通式为Li
x
Zr
(11
‑
x)/4
O5Cl(x＝6,7)。
[0008]可选地，所述用于固态电池的电解质还包括Ga元素。
[0009]可选地，所述用于固态电池的电解质在固态电池充放电过程中，在所述用于固态电池的电解质与正极之间的界面处，和/或，所述用于固态电池的电解质与负极之间的界面处形成钝化层。
[0010]可选地，述用于固态电池的电解质的电化学窗口为4～5V，在室温下的离子电导率大于1
×
10
‑3S/cm。
[0011]本专利技术的实施例还提供一种用于固态电池的电解质的制备方法，所述方法包括：
[0012]将至少两种原料加入球磨罐中球磨，得到混合物；其中，所述原料含有 Li离子或Zr离子，并且含有O离子或Cl离子；
[0013]将所述混合物加入200～1000℃马弗炉中进行热处理，得到用于固态电池的电解质。
[0014]可选地，所述原料在所述球磨罐中的球磨时长为2～24小时，球磨转速为200～1000rpm；所述混合物在所述马弗炉中的热处理时长为1～12h。
[0015]本专利技术的实施例还提供一种固态电池，所述固态电池包括如本专利技术实施例所述的
电解质。
[0016]本专利技术的实施例还提供一种固态电池的制备方法，所述方法包括：
[0017]将正极材料、碳粉与电解质混合均匀后，压制为复合正极片；其中，所述电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr 元素、O元素、以及Cl元素；
[0018]在所述复合正极片表面铺设固态电解质后进行压制，得到第一混合物；
[0019]对所述第一混合物进行低温烧结处理，得到烧结物；
[0020]在所述烧结物表面铺设负极材料后进行压制，得到第二混合物；
[0021]对所述第二混合物进行低温烧结处理，得到固态电池。
[0022]本专利技术的实施例还提供一种车辆，所述车辆包括如本专利技术实施例所述的固态电池。
[0023]本专利技术的实施例包括以下优点：
[0024]通过本专利技术的实施例中提供的用于固态电池的电解质，用于固态电池的电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr元素、O元素、以及Cl元素。反钛矿型的低维结构有效地提高电解质的离子电导率。同时，电解质中所包含的Zr元素可以有效地提高反钙钛矿型电解质在空气中稳定性，使得原本由于空气稳定性较差而导致不容易应用于实际生产中的反钙钛矿电解质可以在空气环境下正常使用。另外，由于反钙钛矿具有熔点低的特性，可以实现低温共烧结制备固态电池，便于将反钙钛矿型电解质材料稳定地应用于固态电池的生产以及应用过程，且适用于高镍三元和锂金属负极的高比能体系。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]本专利技术的实施例提供一种用于固态电池的电解质，所述用于固态电池的电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr元素、O元素、以及Cl元素。
[0027]具体而言，反钙钛矿型的电解质指的是将正常的钙钛矿结构ABO3中带正负电荷的元素占位反转，得到A
‑
B2‑
X
3+
结构的电解质，例如Li3OX(X＝Cl,Br)。反钙钛矿型结构以非金属元素如N、O、S等作为中心形成晶体，可以表现出较好的热稳定性、化学相容性、以及较高的电导率。
[0028]同时，电解质可以为维度不大于3的低维晶体结构。对于三维结构而言，其可以由原子以特定形式堆垛而成，而对于二维结构而言，其原子可以在其中两个维度上具有较大尺寸的周期排列，而在另一维度上处于纳米尺度范围。对于一维结构而言，其原子可以在一个维度上具有较大尺寸的周期排列，而在另外两个维度上处于纳米尺度范围。对于零维结构而言，其原子可以在三个维度上皆处于纳米尺度范围。在电解质的维度较低的情况下，其电性能可以产生较为明显的变化。声子是晶格振动的简正模能量量子，而晶格振动的能量可以和原子间相互作用关联。在电解质的维度较低的情况下，原子间相互作用减弱，声子的能量降低，从而可以产生声子软化现象。通过声子软化现象，可以引起锂离子的快速输运，从而可以较为明显地提高固态的电解质的离子电导率。
[0029]一般来说，富含锂的反钙钛矿型电解质材料对空气敏感，在水、稀酸等环境中易发生质子交换，造成锂大量流失并导致电池性能迅速下降。较低的空气稳定性导致反钙钛矿
型电解质材料无法稳定地应用于固态电池的生产以及应用过程。本专利技术的实施例中的电解质包括Li元素、Zr元素、O元素、以及Cl元素。电解质中所包含的Zr元素可以有效地提高反钙钛矿型电解质在空气中稳定性。将包含Zr元素的反钙钛矿型电解质放置在空气中，不会出现吸湿现象，使得原本由于空气稳定性较差而导致不容易应用于实际生产中的反钙钛矿电解质可以在空气环境下正常使用，便于将反钙钛矿型电解质材料稳定地应用于固态电池的生产以及应用过程。
[0030]此外，本专利技术的实施例提供的用于固态电池的电解质中并不包含稀有贵重元素，原料较为易得，使电解质的可以容易应用于固态电池的实际量产过程中。
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于固态电池的电解质，其特征在于，所述用于固态电池的电解质为反钙钛矿型，维度不大于3的低维晶体结构，包括Li元素、Zr元素、O元素、以及Cl元素。2.根据权利要求1所述的用于固态电池的电解质，其特征在于，所述用于固态电池的电解质包括零维晶体结构、一维晶体结构、二维晶体结构、三维晶体结构中至少一种结构的电解质；其中，零维晶体结构的电解质化学通式为Li
x
Zr
(6
‑
x)/4
OCl4(x＝2,3,4,5)；一维晶体结构的电解质化学通式为Li2ZrO
x
Cl
(6
‑
2x)
(x＝0.25,0.5,0.75,1)；二维晶体结构或者三维晶体结构的电解质化学通式为Li
x
Zr
(11
‑
x)/4
O5Cl(x＝6,7)。3.根据权利要求1所述的用于固态电池的电解质，其特征在于，所述用于固态电池的电解质还包括Ga元素。4.根据权利要求1所述的用于固态电池的电解质，其特征在于，所述用于固态电池的电解质在固态电池充放电过程中，在所述用于固态电池的电解质与正极之间的界面处，和/或，所述用于固态电池的电解质与负极之间的界面处形成钝化层。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何天贤，仲亮，
申请(专利权)人：广州小鹏汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：