一种固态电解质及其制备方法和二次电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种固态电解质及其制备方法和二次电池。该固态电解质的化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质及其制备方法和二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种固态电解质及其制备方法和二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前已经在数码产品、动力及储能等领域得到广泛应用，目前商业化锂离子电池主要采用液态电解液，存在易挥发易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等问题。在使用过程中容易存在热失控，从而导致安全问题。固态锂离子电池是采用固体电解质替代液态电解液，能从根本上解决锂离子电池安全问题。
[0003]目前所采用的固态电解质中，聚合物类固态电解质的室温电导率差、硫化物类固态电解质的化学稳定性不佳，在产业化应用上难以进行。氧化物类的化学稳定性最好，离子电导率不高。因此，急需一种解决兼具结构稳定性和高离子电导率的固态电解质。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种固态电解质，具有良好的结构稳定性和高的离子电导率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种固态电解质，其化学通式为Li
3+x
M2PA4P2O7，其中x的取值为0～0.3，M为Fe、Al、Ti中的至少一种，A为O、S、Se中的至少一种。
[0007]优选地，所述固态电解质的离子电导率为10
‑5S/cm～8*10
‑3S/cm，对锂的电化学稳定窗口为0.1V～6V。
[0008]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种固态电解质的制备方法，操作简单，可批量生产。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1、锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料按摩尔比混合，在惰性环境下球磨得到混合粉料；
[0012]步骤S2、将混合粉料在惰性环境下加热煅烧得到固态电解质。
[0013]优选地，所述锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料的重量份数比为1～3:1～5:0.1～2:1～5。
[0014]优选地，所述第一掺杂元素源材料包括FeO、Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、TiO2中的至少一种。
[0015]优选地，所述第二掺杂元素源材料包括P2O5、P2S5、S、SeO2中的至少一种。
[0016]优选地，所述含磷酸根源材料包括FePO4、AlPO4、K2HPO4、KH2PO4中的至少一种。
[0017]优选地，所述步骤S1中球磨时间为8～45h，球磨转速为600～3000rpm/min。
[0018]优选地，所述步骤S2中煅烧温度为600～1200℃，煅烧时间为4～25h。
[0019]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有良好的结构稳定性和具有高离子导电率。
[0020]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0021]一种二次电池，包括上述的固态电解质。
[0022]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种固态电解质，具有金属元素掺杂和非金属元素掺杂，形成具有高离子电导率的NASICON结构，也具有良好的结构稳定性。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的实施例1、实施例10和实施例11的固态电解质的XRD图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式和说明书附图，对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。
[0025]一种固态电解质，其化学通式为Li
3+x
M2PA4P2O7，其中x的取值为0～0.3，M为Fe、Al、Ti中的至少一种，A为O、S、Se中的至少一种。
[0026]本专利技术的固态电解质含有PO4和P2O7两种磷的构型，使用掺杂第一掺杂元素M，使PO4和P2O7两种磷的构型相互连接，从而形成NASICON结构，再掺杂有第二掺杂元素A，从而调节PA4单元的大小，从而调节离子通道，提高离子电导率，进行得到本专利技术兼具高离子电导率和良好的结构稳定性的固态电解质。
[0027]优选地，所述固态电解质的离子电导率为10
‑5S/cm～8*10
‑3S/cm，对锂的电化学稳定窗口为0.1V～6V。本专利技术的固态电解质的离子电导率高，具有良好的电化学性能，而且锂的电化学稳定窗口为0.1V～6V，具有良好的包容性，对不同含量和不同元素的容忍度高，具有很宽的元素可调性。
[0028]一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0029]步骤S1、锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料按摩尔比混合，在惰性环境下球磨得到混合粉料；
[0030]步骤S2、将混合粉料在惰性环境下加热煅烧得到固态电解质。
[0031]本专利技术的一种固态电解质的制备方法，操作简单，可批量生产。本专利技术采用球磨，使材料锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料进球磨过程中进行混合，使原料充分混合，再进行加热煅烧，得到本专利技术的固态电解质。其中，惰性环境所使用的气体为氮气、氩气中的一种或多种混合。惰性环境能够避免在球磨或煅烧过程中空气进入，造成杂质的产生，保证反应的进行。
[0032]优选地，所述锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料的重量份数比为1～3:1～5:0.1～2:1～5。所述锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料的重量份数比为1:2:0.3:2、2:2:0.5:3、1:2:1.5:4、3:5:1:1、2:4:2:4、3:4:2:5、3:4:2:5、3:2:1.5:4。
[0033]优选地，所述第一掺杂元素源材料包括FeO、Fe2O3、Fe3O4、Al2O3、TiO2中的至少一种。第一掺杂元素源材料具有金属元素，能够将两种不同的磷元素结构连接，从而形成稳定
的NASICON结构，从而提高固态电解质的结构稳定性。
[0034]优选地，所述第二掺杂元素源材料包括P2O5、P2S5、S、SeO2中的至少一种。第二掺杂元素源材料为非金属元素，能够与磷形成类磷酸根离子，而且类磷酸根离子具有不同的大小，从而调节材料的离子通道，从而改变了离子电导率。
[0035]优选地，所述含磷酸根源材料包括FePO4、AlPO4、K2HPO4、KH2PO4中的至少一种。含磷酸根源材料可以选用含有第一掺杂元素，能够提供第一掺杂元素，同时避免引入新的杂质。
[0036]优选地，所述步骤S1中球磨时间为8～45h，球磨转速为600～3000rpm/min。步骤S1中球磨时间为8～10h、10～20h、20～30h、30～40h、40～45h，具体地，球磨时间为8h、10h、12h、15h、17h、20h、22h、25h、27h、30h、32h、35h、37h、40h、45h。优选地，球磨转速为600～1000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，其化学通式为Li
3+x
M2PA4P2O7，其中x的取值为0～0.3，M为Fe、Al、Ti中的至少一种，A为O、S、Se中的至少一种。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述固态电解质的离子电导率为10
‑5S/cm～8*10
‑3S/cm，对锂的电化学稳定窗口为0.1V～6V。3.一种如权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料按摩尔比混合，在惰性环境下球磨得到混合粉料；步骤S2、将混合粉料在惰性环境下加热煅烧得到固态电解质。4.根据权利要求3所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂源、第一掺杂元素源材料、第二掺杂元素源材料以及含磷酸根源材料的摩尔比为1～3:1～5:0....

【专利技术属性】
技术研发人员：林迎曦，刘鹤，刘伟星，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：