[发明专利]高熵无机电解质材料、复合电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵无机电解质材料、复合电解质材料及其制备方法，本发明还包括一种含有高熵无机电解质材料的电池，其中，该高熵无机电解质材料的化学式为A_xD_1‑xE，其中，0＜x＜1，A选自IA和/或IIA中的至少一种金属元素，D选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB或IIB族中的至少五种金属元素，E选自VIA或VIIA中的至少一种元素；其中，该A金属元素的离子能够作为电池中离子传导中介，用于提供A离子传导，D含有五种以上的金属原子，由于不同金属元素的原子尺寸不同，在材料的晶体结构中产生晶格畸变，影响了材料的电子结构，产生“高熵效应”而导致对离子电导率的改变，在电池领域，特别是固态电池领域，具有巨大的商业实用价值。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种高熵无机电解质材料、复合电解质材料及其制备方法。

背景技术

全固态锂离子电池由于具有安全性高、循环寿命长、能量密度高等特点，在高安全化学电源领域具有非常好的应用前景。固体电解质材料是全固态锂电池的核心，迄今被研究过的锂离子固体电解质体系很多，主要有氧化物型固态电解质、硫化物型固态电解质、聚合物类固态电解质、无机-有机复合电解质。硫化物的固态电解质主要有二元与三元的固态电解质之分，GeS₂、SiS₂、P₂S₅基等二元硫化物电解质普遍存在着电导率较低、电化学稳定性较差或化学稳定性较差等问题，因此普遍采用加入另外一种硫化物网络改性剂以改善以上情况，这就是三元硫化物固态电解质，比如电导率较高的Li₁₀GeP₂S₁₂，由于Ge、Sn等的价格昂贵，限制了它的商业化应用。

已有的氧化物电解质主要有三种类型，NASICON构型（如Na₃Zr₂Si₂PO₁₂）、钙钛矿构型（如Li_3xLa_2/3-xTiO₃）、石榴石构型（如Li₇La₃Zr₂O₁₂）三大类，而这几种氧化物的电解质电导率较低，虽然可以通过不同的掺杂改性来完成电导率的提升，但是拥有的较高含量的Zr、La等贵重元素提升了其商业成本，不利于商业化的推广以及应用。聚合物固态电解质（如PEO等）具有柔性好、与正负极界面相容性好等特点，但其离子电导率较低以及机械性能差限制了他们的应用。2004年，Avila、Ruiz和Barahona等合成掺入Li的NiPS₃材料，然后将其与PEO复合，研究该材料的离子电导率，研究发现，掺入Li和PEO复合后，离子电导率为0.13uS/cm比原始NiPS₃高了2倍（文献：Manriquez V , Barahona P , Ruiz D , et al.Intercalation of polyethylene oxide PEO in layered MPS3 (M = Ni, Fe)materials[J]. Materials Research Bulletin, 2005, 40(3):475-483.）。低离子电导率和高晶界电阻限制了目前许多固态电解质在固态电池上的应用，因此有机-无机复合电解质是兼具高离子电导率、柔性、好的机械性能、正负极相容性好的特点。

发明内容

为了解决或改善电解质材料电导率低的技术问题，本发明提供一种高熵无机电解质材料，化学式为A_xD_1-xE，其中，0＜x＜1，A选自IA和/或 IIA中的至少一种金属元素，D选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB或IIB族中的至少五种金属元素，E选自VIA或VIIA中的至少一种元素。