一种固态电解质材料及其制备方法和固态电池技术

技术编号：40175560 阅读：4 留言：0更新日期：2024-01-26 23:43

本发明专利技术提出了一种固态电解质材料及其制备方法和固态电池，所述固态电解质材料的通式为A<subgt;n</subgt;B‑MX<subgt;4</subgt;‑AX，制备方法包括以下步骤：惰性气体保护下，按化学计量比称取固态电解质材料的原料，混匀，密封，球磨1.5‑20小时，球磨结束后得到所述固态电解质材料；本发明专利技术提供的固态电解质材料，具有高离子传导率和优异的机械性能，能与多种正极材料相兼容并形成良好的界面接触，兼具有机和无机固态电解质的优势，该固态电解质材料用于构筑固态电池，具有高稳定性和优异的循环性能，有助于实现固态电池的商业应用价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态电解质，尤其涉及一种固态电解质材料及其制备方法和应用。

技术介绍

1、锂离子电池目前已经广泛应用于消费类电子产品、电动汽车以及静态储能设备。但由于含有易燃的有机电解液使其安全性较差，锂离子电池中起火爆炸事件时有发生。固态电池将易燃的有机电解液替换为不易燃的固态电解质，大大提高了电池的安全性，因此受到广泛关注。固态电解质作为固态电池的核心对电池的性能起着关键作用。固态电解质需要满足以下特性：高离子电导率、低电子电导率、宽电化学窗口、低成本、良好的空气稳定性等。

2、固态电解质材料是固态电池技术成功的关键。到目前为止，所报道的固态电解质可以分为无机和有机电解质。无机固态电解质如β-氧化铝、钠超离子导体和硫化物等通常表现出可观的离子电导率(>10-4s/cm)和良好的热稳定性。但氧化物电解质固有的刚性导致电解质与电极材料界面接触不良，硫化物具有空气不稳定性和较窄的电化学稳定窗口，这些问题严重影响固态电池的电化学性能。与无机电解质相比，有机聚合物固态电解质的柔软特性使得电极与电解质界面能够保证良好的界面接触。然而，有机聚合物固态电解质通常表现出较低的室温离子电导率和低离子转移数(大多低于0.5)，限制了其在固态电池中的应用。因而，开发一种高离子电导率且能与正极形成良好界面接触的固态电解质材料具有重要意义。

3、有鉴于此，本专利技术致力于阐明一种具有高离子电导率且与正极兼容性良好的固态电解质，使其满足更多样化的锂(钠)固态电池的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术提出了一种固态电解质材料及其制备方法和固态电池，解决了现有技术中无机固态电解质的离子电导率较低和在固态电池中循环性能较差的技术问题。

2、本专利技术的技术方案具体如下：

3、一方面，本专利技术提供了一种固态电解质材料，所述固态电解质材料的通式为anb-mx4-ax。

4、其中，n包括1，2或3，a包括li或na的一种或两种，b为聚阴离子，包括co32-(n＝2)、so42-(n＝2)、sio32-(n＝2)、no32-(n＝2)、po43-(n＝3)、bh4-(n＝1)或oh-(n＝1)，m包括zr、hf或ti，x包括f、cl、br或i的至少一种。

5、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述固态电解质材料为结晶相-非晶相或非晶相。

6、在此技术方案基础上，进一步优选地，对所述固态电解质材料进行阳离子掺杂、阴离子掺杂或者阴阳离子双掺杂，得到掺杂固态电解质；

7、其中，所述阳离子包括mg、ca、sr、ba、sc、y、la、sm、gd、tb、dy、ho、er、lu、v、nb、ta、cr、mo、w、fe、al、ga、in、n、p、as、sb、bi、si、ge、sn中的一种或几种，所述阴离子包括bh4-、co32-、sio32-、so42-、no32-、po43-、oh-中的一种或几种。

8、另一方面，本专利技术还提供一方面所述的固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

9、首先，在惰性气体保护下按化学计量比称取ax和anb、mx4，得混合物；

10、混匀所述混合物，密封所述混合物；

11、再经过固相反应的方法，即得到所述固态电解质材料。

12、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述惰性气体为氦气、氖气或氩气其中的一种，所述固相反应方式为球磨，球磨结束后得到所述固态电解质材料。

13、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述原料anb、mx4和ax的化学计量比为a：1：b，其中，0<a≤1，0≤b≤1。

14、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述球磨的条件为：球磨时间1.5-20小时，转速350-550转/分钟，球料比为(20-60)：1。

15、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述密封的条件为：含氧量小于1ppm，含水量小于1ppm。

16、第三方面，本专利技术还提供一种固态电池，由一方面所述的固态电解质材料制备。

17、在此技术方案基础上，进一步优选地，所述固态电池包括：

18、正极；

19、负极；

20、电解质，间隔于正极与负极之间；

21、其中，所述正极、所述负极或所述电解质的至少一种包含所述的固态电解质材料。

22、本专利技术提供的一种固态电解质材料及其制备方法和固态电池，相对于现有技术具有以下有益效果：

23、所述固态电解质材料，具有高的离子传导率和优异的机械性能，能与多种正极材料相兼容并形成良好的界面接触，促进界面间离子的快速传导，兼具有机和无机固态电解质的优势。该固态电解质用于构筑固态电池，具有高稳定性和优异的循环性能。有助于实现固态电池的商业应用价值。

24、另外，固态电解质材料可作为二次电池的隔膜材料，在室温及高温下安全性高，稳定性强。

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【技术保护点】

1.一种固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料的通式为AnB-MX4-AX；

2.如权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料为结晶相-非晶相或非晶相。

3.如权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，对所述固态电解质材料进行阳离子掺杂、阴离子掺杂或者阴阳离子双掺杂，得到掺杂固态电解质；

4.如权利要求1-3任一项所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，具体还包括所述惰性气体为氦气、氖气或氩气其中的一种，所述固相反应方式为球磨。

6.如权利要求4所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述原料AnB、MX4和AX的化学计量比为a：1：b，其中，0<a≤1，0≤b≤1。

7.如权利要求5所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述球磨的条件为：球磨时间1.5-20小时，转速350-550转/分钟，球料比为(20-60)：1。

8.如权利要求4所述的固态电解质材料的制备方法，其特

9.一种固态二次电池，所述固态二次电池包括正极，负极，间隔于正极与负极之间的电解质，其特征在于，所述电解质采用如权利要求1-3任一项所述的固态电解质材料制备。

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【技术特征摘要】

1.一种固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料的通式为anb-mx4-ax；

2.如权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料为结晶相-非晶相或非晶相。

3.如权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，对所述固态电解质材料进行阳离子掺杂、阴离子掺杂或者阴阳离子双掺杂，得到掺杂固态电解质；

4.如权利要求1-3任一项所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，具体还包括所述惰性气体为氦气、氖气或氩气其中的一种，所述固相反应方式为球磨。

6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏威，唐稳，梁帅卡，赵予生，
申请(专利权)人：宁波市东方理工高等研究院，
类型：发明
国别省市：

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