[发明专利]一种硼氢化锂/癸硼烷固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及固态电解质技术领域，具体涉及一种硼氢化锂/癸硼烷固态电解质及其制备方法。所述为硼氢化锂/癸硼烷固态电解质Li₂B₁₂H₁₂或Li₂B₁₂H₁₂和Li₂B₁₀H₁₀混合物或Li₂B₁₂H₁₂、Li₂B₁₀H₁₀和LiBH₄混合物。制备方法为以硼氢化锂和癸硼烷为原料，通过充氢球磨、一步热处理法两步反应制备硼氢化锂/癸硼烷固态电解质。本发明硼氢化锂/癸硼烷固态电解质制备方法简单，环保，易规模制备，是一种具有推广价值的、可实现批量生产的LiBH₄基超离子导体固态电解质的制备方法。通过该制备方法制备出的聚阴离子固态电解质离子传输特性优异，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，具体涉及一种硼氢化锂/癸硼烷固态电解质及其制备方法。

背景技术

现如今，锂离子电池已成为当今社会日常生活中不可或缺的一部分。锂离子电池具有比能量高、比功率高、充放电效率高和自放电小等优点，被广泛应用于电子产品当中。尽管如此，在电动汽车和电网储能方面，仍需要在能量密度和安全性能方面做出实质性的改进。

传统的锂离子电池使用有机溶剂或者凝胶制成的电解质，这种电解质具有很高的锂离子电导率，但是容易发生泄露，同时这些电解质在使用过程中会形成锂树枝状晶体，导致电池短路，从而引起火灾。所有的固态电池都是目前锂离子电池的替代品。固态电池的电解质由固态粉末压制而成，具有良好的热稳定性和机械稳定性，此外，固态电池可以使用锂金属作为负极，开发固态锂离子电池既能解决安全问题，又能提高能力密度。

LiBH₄是复杂金属氢化物中的一员，在有机合成中被广泛用作还原剂，但直到最近，人们才认识到它作为储能和转换材料的潜力。LiBH₄的电化学稳定性窗口宽，为0～5V(vs Li/Li⁺)，并且兼容大多数电极。其主要缺点是室温电导率差(10^-7S·cm^-1)。但是，LiBH₄在120℃时，其电导率为1×10^-3S cm^-1，这是因为当温度降低到110℃时，LiBH₄由离子传输特性较好的六方相转变为传输性较差的正交相。离子电导率是评价固态电解质的重要因素之一，因此将LiBH₄的高温相性能稳定到室温或者改善LiBH₄的低温离子传输特性是开发LiBH₄基全固态电池的关键。

为解决上述难以制备的问题，中国专利201611003668.7公开一种纳米LiBH₄-SiO₂固态电解质及其制备方法。该法将介孔SiO₂负载的纳米氢化锂硼化剂Zn(BH₄)₂-LiCl分别置于同一高压釜的不同反应瓶中，在氮气气氛保护下，以4～6℃/min的速率升温至100～200℃，硼化反应24～72h，即得介孔SiO₂负载的纳米LiBH₄。但该方法制备的LiBH₄基固态电解质离子电导率较纯LiBH₄相比提升并不明显，且制备过程较为复杂。因此，制备一种室温下具有高离子电导率的LiBH₄基固态电解质成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

针对LiBH₄基超离子导体固态电解质技术上存在的困难，本发明提供了一种硼氢化锂/癸硼烷固态电解质及其制备方法，高效、低成本、工艺简便的制备出具有优异电化学性能的硼氢化锂/癸硼烷(LiBH₄/B₁₀H₁₄)固态电解质。