【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二次电池材料，尤其涉及一种新型四方晶系固态电解质材料、隔膜材料及锂电池。
技术介绍
1、随着科学技术的发展和社会的进步，锂离子电池因其高能量密度而被公认为一种优秀的移动电源。锂离子电池自上市以来，已广泛应用于蓄能电力系统，如水力、风力和太阳能发电厂，推动新能源电动汽车和其他领域的发展。锂金属由于其低电负性和大的理论容量，是应用于高能量密度电池的最有吸引力的阳极选择。然而，在充电过程中锂枝晶的增长阻碍了它们的应用，由此产生的短路可能进一步导致电池在极端条件下爆炸。由于这些电池中有机电解质溶液的易燃性和流动性，使用传统的锂离子电池作为大规模电源会带来额外的风险。为了克服这些问题，由于全固态电池的可靠性和抑制锂枝晶的可能性，全固态电池已成为一种有吸引力的替代方法，其中不可燃的固态电解质取代了传统的液体电解质溶液。
2、目前主流的固态电解质根据元素类型主要分为氧化物、硫化物、氢化物和卤化物类型，其中氧化物电解质具有较好的稳定性，但界面接触不良，硫化物和氢化物电解质对水分都很敏感。自2018年来，人们发现li3ycl6，li3ybr6及其衍生物具有高离子电导率和电化学稳定性，证实了卤化物电解质在全固态电池中的实际潜力。卤化物电解质目前的主要类型包括li3mx6，li6mx8和liamx4(a＝1，2)，其他类型的卤化物固态电解质相对开发较少，因此寻找具有高离子电导率的新型卤化物固态电解质，拓展卤化物固态电解质体系，对固态电解质的发展和全固态电池的运用具有十分重要的意义。
技术实现思路<
1、本专利技术的目的是针对现有技术所存在的缺陷，提供一种新型四方晶系固态电解质材料、隔膜材料及锂电池，具有高离子电导率以及稳定性的特点，可以作为锂固态电池的电解质或者隔膜材料应用于高倍率和高比能的二次电池。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种新型四方晶系固态电解质材料，化学式为li1+xsb1-ymyx6-xsx；其中m为v5+和/或nb5+，x为f-、cl-、br-中的一种或几种，li、sb、m、x、s的化学计量比为1+x：1-y：y：6-x：x；其中x的取值范围为0-0.5，y的取值范围为0-0.5；
3、所述新型四方晶系固态电解质材料的结构空间群为p42/m(84)，其中li占据2e位置，sb和m占据2c位置，x和s占据4j位置和8k位置。
4、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料中，sb原子及对sb掺杂取代的m原子与x原子及对x掺杂取代的s原子以六配位形式连接形成八面体，而li原子和x原子及s原子以四配位形式连接形成四面体，八面体和四面体之间通过x原子或s原子形成点连接，八面体层和四面体层交错沿着c轴方向交替排布。
5、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料具有三维的离子输运网络，传导方向包括c方向和ab方向；
6、其中，所述新型四方晶系固态电解质材料的离子输运网络在c方向上，同时产生晶格位置和2a间隙位置连通的通道以及2f间隙位置连通的通道；在ab方向产生晶格位置和4i间隙位置连通的通道。
7、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料的化学式为lisbcl6，结构空间群为p42/m(84)，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，其中li占据2e位置，sb占据2c位置，cl占据4j位置和8k位置。
8、优选的，x原子所占据的晶格位点上存在部分取代的异价元素s，通过x位点的异价态元素部分取代产生间隙缺陷li，使得通过对x原子晶格点位的异价态元素部分取代，提高所述新型四方晶系固态电解质材料的离子电导率。
9、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料包括：lisb0.875v0.125cl6、lisbcl4f2、lisbf6、lisbcl5.5br0.5或li1.125sbcl5.875s0.125中的任一种。
10、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料用作无机固态电解质或者包覆材料应用于锂电池中。
11、第二方面，本专利技术实施例提供了一种隔膜材料，包括上述第一方面所述的新型四方晶系固态电解质材料。
12、优选的，所述新型四方晶系固态电解质材料存在于所述隔膜材料的材料表面和/或内部和/或间隙中。
13、第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池，包括锂离子电池或锂金属电池，所述锂电池包括上述第一方面所述的新型四方晶系固态电解质材料或第二方面所述的隔膜材料。
14、本专利技术实施例提供的新型四方晶系固态电解质材料具有三维的离子输运网络，传导方向包括c方向和ab方向，具有低迁移势垒，因此具有高离子电导率，同时也具有高稳定性。并且通过对空间结构中2c位置、4j位置和8k位置的元素掺杂取代，还可以进一步提高离子电导率。本专利技术实施例提供的新型四方晶系固态电解质材料可以作为无机固态电解质或包覆材料应用于高比能锂电池中。
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1.一种新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料的化学式为Li 1+xSb1-yMyX6-xSx；其中M为V5+和/或Nb5+，X为F-、Cl-、Br-中的一种或几种，Li、Sb、M、X、S的化学计量比为1+x：1-y：y：6-x：x；其中x的取值范围为0-0.5，y的取值范围为0-0.5；
2.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料中，Sb原子及对Sb掺杂取代的M原子与X原子及对X掺杂取代的S原子以六配位形式连接形成八面体，而Li原子和X原子及S原子以四配位形式连接形成四面体，八面体和四面体之间通过X原子或S原子形成点连接，八面体层和四面体层交错沿着c轴方向交替排布。
3.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料具有三维的离子输运网络，传导方向包括c方向和ab方向；
4.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，X原子所占据的晶格位点上存在部分取代的异价元素S，通过X位点的异价态元素部分取代产生
5.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料包括：LiSbCl 6、LiSb0.875V0.125Cl 6、LiSbCl4F2、LiSbF6、LiSbCl5.5Br0.5或Li 1.125SbCl 5.875S0.125中的任一种。
6.根据权利要求5所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，新型四方晶系固态电解质材料LiSbCl 6的结构空间群为P42/m(84)，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，其中Li占据2e位置，Sb占据2c位置，Cl占据4j位置和8k位置。
7.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料用作无机固态电解质或者包覆材料应用于锂电池中。
8.一种隔膜材料，其特征在于，所述隔膜材料包括上述权利要求1-7任一所述的新型四方晶系固态电解质材料。
9.根据权利要求8所述的隔膜材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料存在于所述隔膜材料的材料表面和/或内部和/或间隙中。
10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括锂离子电池或锂金属电池，所述锂电池包括上述权利要求1-7任一所述的新型四方晶系固态电解质材料或上述权利要求8-9任一所述的隔膜材料。
...【技术特征摘要】
1.一种新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料的化学式为li 1+xsb1-ymyx6-xsx；其中m为v5+和/或nb5+，x为f-、cl-、br-中的一种或几种，li、sb、m、x、s的化学计量比为1+x：1-y：y：6-x：x；其中x的取值范围为0-0.5，y的取值范围为0-0.5；
2.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料中，sb原子及对sb掺杂取代的m原子与x原子及对x掺杂取代的s原子以六配位形式连接形成八面体，而li原子和x原子及s原子以四配位形式连接形成四面体，八面体和四面体之间通过x原子或s原子形成点连接，八面体层和四面体层交错沿着c轴方向交替排布。
3.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，所述新型四方晶系固态电解质材料具有三维的离子输运网络，传导方向包括c方向和ab方向；
4.根据权利要求1所述的新型四方晶系固态电解质材料，其特征在于，x原子所占据的晶格位点上存在部分取代的异价元素s，通过x位点的异价态元素部分取代产生间隙缺陷li，使得通过对x原子晶格点位的异价态元素部分取代，提高所述新型四方晶系固态电解质材料的离子电导率。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：符晓，毛慧灿，肖睿娟，李泓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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