[发明专利]一种固态锂电池电解质材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，公开了一种固态锂电池电解质材料及其制备方法。包括如下制备过程：（1）将四氯化钛、三氯化铝、锂源和磷酸溶于无水乙醇，搅拌成均匀溶液；（2）在溶液中加入纳米卤代硼酸锂玻璃粉末，加热后干燥制得干凝胶；（3）将干凝胶保温处理后高温煅烧，即得卤代硼酸锂玻璃改性磷酸钛铝锂固体电解质材料。本发明制得的固体电介质材料，利用空间电荷效应在纳米卤代硼酸锂玻璃掺杂入磷酸钛铝锂，在第二相粒子表面形成高电导层，显著增强了电导率，同时使用纳米级颗粒，可有效防止第二相在烧结时过度生长而出现阻塞效应，避免了电导率下降的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，公开了一种固态锂电池电解质材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），其主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池因具有质量轻、能量密度高、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，在移动通讯、电动车辆、国防科技等领域有着广泛的应用前景。

电解质时锂离子电池的重要构成部分，传统的锂离子电池采用液体电解质，存在易挥发、易泄露、抗冲击性能差等缺点，存在安全隐患。发展基于固体电解质的全固态锂离子电池可以解决液体电解质带来的安全隐患。聚合物和无机固体电解质是两类重要的固体电解质。其中，无机固体电解质因具有安全易制备、机械强度 高、高室温晶粒电导率、高锂离子迁移数和优异的电化学稳定性等优点备受关注。

无机固体电解质按照结构可主要分为硫化物和氧化物两大体系。硫化物体系中的热门研究方向是Li₂S-P₂S₅体系。氧化物体系中研究比较彻底的包括NASICON（钠超离子导体）类型结构体系、LISICON（锂超离子导体）结构体系、钙钛矿结构体系以及石榴石结构体系。在众多氧化物固体电解质体系中，NASICON型的LiM₂(PO₄ )（M＝Ti ,Ge , Zr）材料具有三维骨架结构，并具有良好的物理化学稳定性，是最具应用前景的快离子导体之一。其中，LiM₂(PO₄ )₃是综合性能良好、原材料来源广泛、制备成本低廉的优选材料体系。

中国发明专利申请号201610094755.1公开了一种纳米磷酸钛铝锂固体电解质材料及其制备方法。本发明提供了一种纳米固体电解质材料的制备方法：该材料的化学式为Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，x＝0.3~0.5，其平均粒径70~100nm。该发明提供的制备方法条件温和、工艺简单易控、耗时短、产率高，可工业化生产。本发明提供的纳米LATP固体电解质材料粒径均一、粒径大小可调控、电导率较高，可用于全固态锂离子电池的制备。

中国发明专利申请号201510630965.3公开了一种固体电解质磷酸钛铝锂的电化学制备方法。该电化学制备方法，首先根据铝钛比例制备氧化铝和二氧化钛的混合物，然后通过电化学方法使二氧化钛嵌入锂离子，再根据锂铝钛磷比例加入磷盐形成均匀的混合物，退火得到LATP固体电解质。该发明原料便宜、工艺简单，通过电化学和高温处理两个步骤即可得到高纯度的磷酸钛铝锂，可以精确控制锂铝钛磷比例，解决了通常固相法中锂盐在高温下的挥发致使产物纯度较低的问题。

根据上述，现有方案中用于锂离子电池的无机固体电解质中，钠超离子导体类氧化物固态电解质，特别是LiTi₂(PO₄)₃陶瓷电解质，存在离子电导率差的缺陷，传统的利用Al³⁺和Ga³⁺等三价阳离子部分取代LiTi₂(PO₄ )₃的Ti⁴⁺能有效提高离子电导率，但离子电导率依旧不足以满足商业化需求。