一种卤化物全固态电池材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种卤化物全固态电池材料及其制备方法和应用，属于全固态电池材料技术领域。本发明专利技术中的卤化物全固态电池材料的化学通式为A

【技术实现步骤摘要】
一种卤化物全固态电池材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及全固态电池材料
，尤其涉及一种卤化物全固态电池材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全固态电池作为下一代储能技术，有望解决商业化锂离子电池的安全性问题与进一步提高能量密度。全固态电池采用了与商业化锂离子电池相似的结构，即具有不同功能的材料分别作为正极、负极与固态电解质。全固态电池的能量密度与循环稳定性的提升很大程度上取决于正极材料，但目前这些正极材料都是极具刚性的氧化物。当这些氧化物用作全固态电池的正极材料时，不得不配合大量易变形的固态电解质(如卤化物、硫化物等)形成复合电极才能满足离子传输的需求。这不仅降低了全固态电池的能量密度，而且复合电极中电极材料与固态电解质材料的副反应会进一步降低其循环稳定性。
[0003]有鉴于此，优化和开发全新结构的全固态电池刻不容缓，这需要对电池材料功能进行进一步的开发。但是商业化锂离子电池材料的功能相对单一，正极、负极、电解质都由对应功能的材料担当，这极大的限制了对电池结构的优化。科学家们也曾尝试设计同时具有正极、负极与电解质多功能的电池材料，但至今尚未找到这种比较理想的多功能材料。难点在于这种新型多功能电池材料要同时满足较高的离子电导率、良好的形变能力与非锂/钠阳离子具有可逆的氧化还原能力，只有这样才可以同时充当全固态电池的正极、负极和电解质中的至少两种。
[0004]因此，如何得到一种同时具有正极、负极与电解质多功能的全固态电池材料是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种卤化物全固态电池材料及其制备方法和应用，以解决现有技术无法得到同时满足较高的离子电导率、良好的形变能力与非锂/钠阳离子具有可逆的氧化还原能力的多功能电池材料的技术问题。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种卤化物全固态电池材料，所述卤化物全固态电池材料的化学通式为A
x
M
y
X
z
Y
b
，其中A包含Li或Na；M包含Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr和Nb中的一种或几种；X包含F、Cl、Br和I中的一种或几种；Y包含O和/或S；其中1≤x≤4，0.5≤y≤1，3≤z≤8，0≤b≤3。
[0008]进一步的，所述卤化物全固态电池材料的化学式选自以下化学式中的一种：
[0009]Li3TiCl6、Li4TiCl6、Li3TiCl5O
0.5
、Li3TiCl5F、Li3Ti
0.75
Al
0.25
Cl6、Li4NiCl6、Li3ZrCl6、Li3Zr
0.75
Ti
0.25
Cl6、Li
3.25
Zr
0.75
Mg
0.25
Cl6、Li
2.5
Zr
0.75
Ca
0.25
Cl6。
[0010]本专利技术提供了一种卤化物全固态电池材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]取化学计量比的原料混合后进行球磨即得到卤化物全固态电池材料。
[0012]进一步的，所述球磨的球料比为10～15：1，球磨的转速为500～600rpm，球磨的时间为20～50h。
[0013]进一步的，球磨后进行退火处理。
[0014]进一步的，所述退火处理的温度为300～500℃，退火处理的时间为4～6h。
[0015]本专利技术提供了一种卤化物全固态电池材料在制备全固态电池中的应用。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术得到的卤化物全固态电池材料不仅具有高达1mS/cm的离子电导率，并且具有良好的形变能力，同时M元素具有可逆的氧化还原能力。良好的形变能力保证该电池材料可以通过简单冷压制成全固态电池。该电池材料作为正负极不再需要添加不提供能量的易变形离子导电剂，可以提升电池的能量密度。同时高的锂离子电导率保证了电池具有高的倍率性能。
[0018]本专利技术的卤化物全固态电池材料的成功开发有助于优化全固态电池的结构，提升全固态电池的能量密度，同时为全固态电池的产业化提供全新的思路。
附图说明
[0019]图1为实施例1所制备低结晶Li3TiCl6材料的X射线衍射谱图；
[0020]图2为实施例1所制备低结晶Li3TiCl6材料的电化学阻抗谱图；
[0021]图3为实施例1所制备低结晶Li3TiCl6材料的直流极化谱图；
[0022]图4为实施例1所制备高结晶Li3TiCl6材料的X射线衍射谱图；
[0023]图5为实施例1所制备高结晶Li3TiCl6材料的电化学阻抗谱图；
[0024]图6为实施例1所制备高结晶Li3TiCl6材料的直流极化谱图；
[0025]图7为实施例1所制备高结晶Li3TiCl6材料作为正极材料的充放电曲线图；
[0026]图8为实施例1所制备高结晶Li3TiCl6材料组装单一材料全固态电池的充放电曲线图；
[0027]图9为实施例2所制备低结晶Li4TiCl6材料的X射线衍射谱图；
[0028]图10为实施例2所制备低结晶Li4TiCl6材料的电化学阻抗谱图；
[0029]图11为实施例2所制备低结晶Li4TiCl6材料的直流极化谱图；
[0030]图12为实施例3所制备低结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的X射线衍射谱图；
[0031]图13为实施例3所制备低结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的电化学阻抗谱图；
[0032]图14为实施例3所制备低结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的直流极化谱图；
[0033]图15为实施例3所制备高结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的X射线衍射谱图；
[0034]图16为实施例3所制备高结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的电化学阻抗谱图；
[0035]图17为实施例3所制备高结晶Li3TiCl5O
0.5
材料的直流极化谱图；
[0036]图18为实施例4所制备低结晶Li3TiCl5F材料的X射线衍射谱图；
[0037]图19为实施例4所制备低结晶Li3TiCl5F材料的电化学阻抗谱图；
[0038]图20为实施例4所制备低结晶Li3TiCl5F材料的直流极化谱图；
[0039]图21为实施例5所制备低结晶Li3Ti
0.75
Al
0.25
Cl6材料的X射线衍射谱图；
[0040]图22为实施例5所制备低结晶Li3Ti
0.75
Al
0.25
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤化物全固态电池材料，其特征在于，所述卤化物全固态电池材料的化学通式为A
x
M
y
X
z
Y
b
，其中A包含Li或Na；M包含Mg、Al、Si、P、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr和Nb中的一种或几种；X包含F、Cl、Br和I中的一种或几种；Y包含O和/或S；其中1≤x≤4，0.5≤y≤1，3≤z≤8，0≤b≤3。2.根据权利要求1所述的卤化物全固态电池材料，其特征在于，所述卤化物全固态电池材料的化学式选自以下化学式中的一种：Li3TiCl6、Li4TiCl6、Li3TiCl5O
0.5
、Li3TiCl5F、Li3Ti
0.75
Al
0.25
Cl6、Li4NiCl6、Li3ZrCl6、Li3Zr
0.75
Ti
0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：马骋，王凯，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：