反钙钛矿固态电解质及其制备方法、固态电解质片和全固态锂电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种反钙钛矿固态电解质及其制备方法、固态电解质片和全固态锂电池。所述方法以Li3OX为原料，经预处理和加压烧结后得到反钙钛矿固态电解质。本发明专利技术还公开了所述方法制得的反钙钛矿固态电解质、包括反钙钛矿固态电解质的固态电解质片以及包括固态电解质片的全固态电池。本发明专利技术以Li3OX和可选的LiX为原料，在特定条件下进行烧结，使获得的反钙钛矿固态电解质中Li7O2X3(例如Li7O2Br3)的纯度达到47％以上，最高可达87％，从而能够提高反钙钛矿固态电解质的离子电导率。电导率。电导率。

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


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种反钙钛矿固态电解质及其制备方法、固态电解质片和全固态锂电池。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日益枯竭和环境污染的日益加重，开发新型清洁无污染的可再生能源是当下世界各国的研究重点。风能、太阳能、潮汐能等清洁能源具有时间空间的分布不规律性，需要对这些能源进行储存，以达到更高的利用效率。
[0003]锂离子电池以其充放电稳定、能量转化效率高、能量密度高而在众多储能技术中脱颖而出，成为了当今储能领域的研究热点。然而，随着日益增长的储能和生活应用需求，传统的含有液态电解液的锂电池由于其安全性和能量密度的限制，已无法满足人们对更高能量密度的需求。使用固态电解质的全固态锂电池具有不易燃的特点，可以有效地提高锂电池的安全性。锂金属负极的使用也大大提升了其能量密度。因此，全固态锂电池被认为是下一代极具竞争力的储能技术。另外，作为全固态锂电池的重要组成部分，要求固态电解质具有高的锂离子电导率，能有效地导通锂离子。
[0004]反钙钛矿结构的固态电解质因其具有高的锂离子电导率、低廉的成本、良好的对金属锂稳定性而受到广泛关注。研究者们针对反钙钛矿固态电解质进行了一系列的结构设计，包括引入缺陷、引入分子团簇、金属阳离子掺杂等。近期研究者发现，通过结构的调控，设计层状的二维反钙钛矿结构能够有效提升锂离子电导率。理论计算发现，二维的结构具有较软的声子振动模式，可以有效提升锂离子电导率。实验发现层状的Na4OI2具有比三维立方Na3OBr更低的活化能。第一性原理计算也发现，层状的Li4OBr2具有低至0.29eV的迁移势垒。然而，特定的二维层状反钙钛矿结构在实验的合成上依然存在问题。
[0005]《Enhanced Ionic Conductivity with Li7O2Br3Phase in Li3OBr Anti
‑
Perovskite Solid Electrolyte》(Zhu,J.；Li,S.；Zhang,Y.；Howard,J.W.；Lu,X.；Li,Y.；Wang,Y.；Kumar,R.S.；Wang,L.；Zhao,Y.,.APPLIED PHYSICS LETTERS 2016,109,61
‑
65.)公开了通过球磨的方法，以LiBr、Li2O为原料得到了混有Li7O2Br3的Li3OBr反钙钛矿固态电解质。然而，该反钙钛矿固态电解质中Li7O2Br3的质量百分比仅为44％。该反钙钛矿固态电解质的锂离子电导率为0.24
×
10
‑4S
·
cm
‑1，远远高于Li3OBr的锂离子电导率(10
‑6S
·
cm
‑1)。
[0006]因此，有必要提供一种制备含有更高纯度的Li7O2Br3的反钙钛矿固态电解质的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的反钙钛矿固态电解质中Li7O2Br3纯度过低的问题，提供一种反钙钛矿固态电解质及其制备方法、固态电解质片和全固态锂电池。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种反钙钛矿固态电解质的制备方法，
其中，所述方法以Li3OX为原料，经预处理和加压烧结后得到反钙钛矿固态电解质；
[0009]其中，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO2‑
、NH2‑
、BH4‑
和BF4‑
中的一种或多种。
[0010]本专利技术第二方面提供一种第一方面所述的方法制得的反钙钛矿固态电解质。
[0011]本专利技术第三方面提供一种包括第二方面所述的反钙钛矿固态电解质的固态电解质片。
[0012]本专利技术第四方面提供一种包括第三方面所述的固态电解质片的全固态电池。
[0013]通过上述技术方案，本专利技术所取得的有益技术效果如下：
[0014]本专利技术以Li3OX和可选的LiX为原料，在特定条件下进行烧结，使获得的反钙钛矿固态电解质中Li7O2X3(例如Li7O2Br3)的纯度达到47％以上，最高可达87％，从而能够提高反钙钛矿固态电解质的离子电导率。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例3所制备的反钙钛矿固态电解质的XRD图。
具体实施方式
[0016]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0017]本专利技术第一方面提供一种反钙钛矿固态电解质的制备方法，其中，所述方法以Li3OX为原料，经预处理和烧结后得到反钙钛矿固态电解质；
[0018]其中，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO2‑
、NH2‑
、BH4‑
和BF4‑
中的一种或多种。
[0019]在本专利技术所述制备过程中，X为Br时主要发生的反应如下：
[0020]3Li3OBr
→
Li7O2Br3+Li2O。
[0021]本专利技术以Li3OX为原料，将预处理后的原料在加压条件下进行烧结，出乎意料地提高了所制得的反钙钛矿固态电解质中Li7O2X3(例如Li7O2Br3)的纯度，即，提高了反钙钛矿固态电解质中Li7O2X3(例如Li7O2Br3)的质量百分比。本专利技术所制备的反钙钛矿固态电解质具有提高的离子电导率。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，所述原料还包括LiX。
[0023]在本专利技术中，所述方法优选以Li3OX和LiX为原料，发生的反应如下：
[0024]2Li3OBr+LiBr
→
Li7O2Br3。
[0025]本专利技术以Li3OX和LiX为原料可以进一步提高所制得的反钙钛矿固态电解质中Li7O2X3(例如Li7O2Br3)的纯度，达到60
‑
87％，从而进一步提高反钙钛矿固态电解质的离子电导率。
[0026]在本专利技术的一些优选实施方式中，Li3OX和LiX的摩尔比为1:0.3
‑
0.9，优选为1:0.4
‑
0.75。在本专利技术中，该摩尔比过大，反应不充分，Li3OX发生过多的分解；该摩尔比过小，LiX较多，降低产物纯度。
[0027]在本专利技术的一些优选实施方式中，X为Br
‑
。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，所述预处理包括：将Li3OX和任选的LiX进行球磨和
干燥。在本专利技术中，通过球磨的方式能够使得反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反钙钛矿固态电解质的制备方法，其特征在于，所述方法以Li3OX为原料，经预处理和加压烧结后得到反钙钛矿固态电解质；其中，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、NO2‑
、NH2‑
、BH4‑
和BF4‑
中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述原料还包括LiX；优选地，Li3OX和LiX的摩尔比为1:0.3
‑
0.9，优选为1:0.4
‑
0.75；优选地，X为Br
‑
。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预处理包括：将Li3OX和任选的LiX进行球磨和干燥。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述球磨的速度为150
‑
500rpm，优选为200
‑
300rpm；优选地，所述球磨的时间为0.5
‑
5h，优选为1
‑
3h。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述干燥的温度为100
‑
180℃，优选为120
‑
160℃；优选地，所述干燥的时间为1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，倪地兴，邓志，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：