[发明专利]离子交换材料及其制备方法、电解质薄膜、二次电池

说明书

本发明公开了一种离子交换材料，包括主体材料和载流子调控材料，主体材料选自LiCo_xM_1‑xO₂、LiMn_1‑yA_yPO₄，LiFePO₄、LiMn₂O₄、Li₄Ti₅O₁₂、Li₃V₂(PO₄)₃、Li₂MnSiO₄、Li₂FeSiO₄、K₂MnFe(CN)₆中的一种或几种；其中，0≤x≤1，M为Ni、Mn、Al、Mg、Ca、Cr、Zr、Mo、Ag、Nb、Sn、Zn、Si中的一种或几种；0≤y≤1，A为Ni、Co、Fe、Cu、Zn、Mg、Cr、Al、Ca中的一种或几种；载流子调控材料选自过渡金属氧化物及其含有掺杂金属元素的改性材料、稀土金属氧化物及其含有掺杂金属元素的改性材料中的一种或几种。相对于现有技术，本发明离子交换材料通过使用载流子调控方式，将主体材料与载流子调控材料相结合，当二次电池过充时，可以像半导体二极管一样导通电路，阻止电池进一步充电，可以在材料层面实现过充自保护。

技术领域

本发明属于电池领域，更具体地说，本发明涉及一种离子交换材料及其制备方法、电解质薄膜、二次电池。

背景技术

采用高离子电导率的固体电解质隔膜，可以制备全固态电池，将大大提高锂离子电池的安全性。无机固态电解质无论从制备方法还是从成本上考量均具有很大的吸引力，具有广泛的应用前景。而具有高电导率、良好的化学稳定性和电化学稳定性，以及具有良好加工性能的材料已成为研究的方向。采用无机固体电解质来组装锂电池，可以大大提高锂电池的安全性能，并有可能促使以金属锂为负极的高能量密度锂电池商品化。传统的锂离子导电无机盐电解质(比如氮化锂)一般比有机电解液低1-5个数量级，分解电位比较低，很难应用到实际产品中，这主要是由于无机盐自身的导电模式缺陷(空隙、间隙离子)，使得离子输运效率极低。玻璃态电解质可以分为氧化物和硫化物两类，其中氧化物玻璃态电解质中研究比较多的有Li₂-B₂O₃-SiO₂体系，其电导率大约在10^-5S/cm，还不能作为使用的电解质材料。硫化物比氧化物的离子电导率要高，但是硫化物的电化学窗口不高，易与锂发生反应，结果用其制备的金属锂电池搁置一段时间后，界面变黑，阻抗增加，而且热稳定性较差，容易吸潮。

有鉴于此，确有必要提供一种可以在材料层面实现过充自保护的高效的离子交换材料及其制备方法，并提供一种含有离子交换材料的电解质薄膜，以及使用离子交换材料的高可靠性、高容量的锂离子电池，提高锂离子电池的能量密度和安全性。

发明内容

本发明的发明目的在于：克服现有技术的不足，提供一种可以在材料层面实现过充自保护的高效的离子交换材料及其制备方法，并提供一种含有离子交换材料的电解质薄膜，以及使用离子交换材料的高可靠性、高容量的锂离子电池，提高锂离子电池的能量密度和安全性。