一种固态锂离子电池制造技术

本申请提供了一种固态锂离子电池，包括正极、负极和介于正极和负极之间的固态电解质结构，固态电解质结构包括靠近正极一侧的第一固态电解质层、靠近负极一侧的第三固态电解质层和介于第一固态电解质层和第三固态电解质层之间的第二固态电解质层。本申请通过复合的层状固态电解质结构，结合五价元素以及二价元素掺杂效果的不同，构成了以五价掺杂的卤化物固态电解质作为内层、二价元素掺杂卤化物固态电解质作为外层包覆层的多层结构，提高卤化物固态电解质层的离子电导率的同时提高存储稳定性，此外，在外层二价元素掺杂的基础上，对卤素位进行0、F共掺，分别调节其对正负极侧的稳定性，综合提高卤化物固态电解质的存储稳定性以及电化学性能。及电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂离子电池


[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种固态锂离子电池。

技术介绍

[0002]传统的液态锂离子电池由于采用易燃易爆的电解液而在安全性方面受到普遍关注，固态锂离子电池由于较高的安全性而被认为是下一代具有产业化能力的电池产品。目前的固态电解质的技术路线主要分为氧化物、硫化物和聚合物三种类型，这三种固态电解质材料均有其各自的优势和缺点。例如，硫化物固态电解质虽然离子电导率较高，但对水分和空气过于敏感，且制备成本高、产业化难度大；氧化物固态电解质虽然制备工艺简单，易于产业化，但其与正负极的界面性能较差，影响了电池的整体性能；聚合物固态电解质在低温状态下离子电导率偏低。
[0003]与氧化物固态电解质和硫化物固态电解质相比，卤化物固态电解质是一类新兴的陶瓷材料，其因兼具氧化物固态电解质和硫化物固态电解质的各自优势而被认为具有较好的发展前景。
[0004]申请人之前的研究证实了5价元素Nb掺杂对卤化物固态电解质的性能提升。但是5价元素掺杂的卤化物固态电解质在存储性能上存在劣势，如何对固态电解质膜结构进行必要的调整以满足5价Nb元素的整体使用性能是十分必要的。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述一个或多个技术问题，本申请实施例提供了一种固态锂离子电池，以解决现有的固态电池中固态电解质结构不能兼顾存储性能和离子电导率的问题。
[0006]为解决上述问题，本申请提供了一种固态锂离子电池，包括正极、负极和介于正极和负极之间的固态电解质结构，所述固态电解质结构包括正极一侧的第一固态电解质层、靠近负极一侧的第三固态电解质层和介于第一固态电解质层与第三固态电解质层之间的第二固态电解质层；
[0007]所述第一固态电解质层包括第一卤化物电解质材料，所述第二固态电解质层包括第二卤化物电解质材料，所述第三固态电解质层包括第三卤化物电解质材料；
[0008]所述第一卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+e1+2f1
Zr1‑
e1
‑
f1
M
e1
N
f1
Cl6‑
2g1
‑
h1
O
g1
F
h1
，其中，0.15＜e1+2f1＜0.65；
[0009]e1+f1的取值范围为0.2
‑
0.5，e1/f1的取值范围为0.2
‑
1；
[0010]2g1+h1的取值范围0.1
‑
0.3，g1/h1取值范围1.1
‑
2.5；
[0011]所述第二卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+a
‑
b
Zr1‑
a
‑
b
A
a
B
b
Cl6，其中，元素A的价态为3价，元素B的价态为5价；
[0012]2+a
‑
b的取值范围为1.85
‑
2.45；
[0013]a+b的取值范围为0.1
‑
0.5，a/b的取值范围为0.5
‑
3.5，优选1
‑
3；
[0014]所述第三卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+e2+2f2
Zr1‑
e2
‑
f2
M
e2
N
f2
Cl6‑
2g2
‑
h2
O
g2
F
h2
，其中，0.15＜e2+2f2＜0.65；
[0015]e2+f2的取值范围为0.2
‑
0.5，e2/f2的取值范围为0.2
‑
1；
[0016]2g2+h2的取值范围0.1
‑
0.3，g2/h2取值范围0.3
‑
1；
[0017]所述元素M的价态为3价；
[0018]可选地，元素M选自Ga
3+
、In
3+
、Al
3+
、Fe
3+
、Y
3+
、Bi
3+
、+3价镧系金属中的一种或多种；
[0019]所述元素N选自Zn、Mg、Mn中的一种或多种。
[0020]在一个具体的实施例中，所述第一卤化物电解质材料中0元素的掺杂比例高于F元素的掺杂比例。
[0021]在一个具体的实施例中，所述第三卤化物电解质材料中F元素的掺杂比例高于0元素的掺杂比例。
[0022]在一个具体的实施例中，所述第一固态电解质层的厚度L1、所述第二固态电解质层的厚度L2、所述第三固态电解质层的厚度L3满足L2≥2*(L1+L3)，L1/L3取值为1.1
‑
2。
[0023]在一个具体的实施例中，所述元素B为Nb元素。
[0024]在一个具体的实施例中，所述2+a
‑
b的取值范围优选为2.0
‑
2.3
[0025]在一个具体的实施例中，所述a/b的取值范围优选为1
‑
3。
[0026]本申请中，元素Zr为所述第一、第二及第三卤化物电解质材料的主体元素，即元素Zr在非Li金属位的化学计量比占比不小于50％。
[0027]有益效果：
[0028]本申请提供的固态锂离子电池包括正极、负极和介于正极、负极之间的固态电解质结构，固态电解质结构包括靠近正极一侧的第一固态电解质层、靠近负极一侧的第三固态电解质层和介于第一固态电解质层和第三固态电解质层之间的第二固态电解质层，第一固态电解质层包括第一卤化物电解质材料，第二固态电解质层包括第二卤化物电解质材料，第三固态电解质层包括第三卤化物电解质材料，第一卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+e1+2f1
Zr1‑
e1
‑
f1
M
e1
N
f1
Cl6‑
2g1
‑
h1
O
g1
F
h1
，第二卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+a
‑
b
Zr1‑
a
‑
b
A
a
B
b
Cl6，第三卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+e2+2f2
Zr1‑
e2
‑
f2
M
e2
N
f2
Cl6‑
2g2
‑
h2
O
g2
F
h2
。本申请以5价掺杂的卤化物固态电解质为主体，5价掺杂的卤化物固态电解质局部无序度提高，使得卤化物固态电解质具有较高的离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池，包括正极、负极和介于所述正极与所述负极之间的固态电解质结构，其特征在于，所述固态电解质结构包括靠近所述正极一侧的第一固态电解质层、靠近所述负极一侧的第三固态电解质层和介于所述第一固态电解质层和所述第三固态电解质层之间的第二固态电解质层；所述第一固态电解质层包括第一卤化物电解质材料，所述第二固态电解质层包括第二卤化物电解质材料，所述第三固态电解质层包括第三卤化物电解质材料；所述第一卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+e1+2f1
Zr1‑
e1
‑
f1
M
e1
N
f1
Cl6‑
2g1
‑
h1
O
g1
F
h1
，其中，0.15＜e1+2f1＜0.65；e1+f1的取值范围为0.2
‑
0.5，e1/f1的取值范围为0.2
‑
1；2g1+h1的取值范围0.1
‑
0.3，g1/h1取值范围1.1
‑
2.5；所述第二卤化物电解质材料的化学通式为Li
2+a
‑
b
Zr1‑
a
‑
b
A
a
B
b
Cl6，其中，元素A的价态为3价，元素B的价态为5价；所述元素B优选为Nb元素；2+a
‑
b的取值范围为1.85
‑
2.45；a+b的取值范围为0.1
‑
0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪，易红明，钱云龙，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：