[发明专利]一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法和应用领域。该高锂离子扩散率的固态电解质材料的化学式为：Li_0.5La_0.5MnO₃·xB₂O₃。本发明公开的高锂离子扩散率的固态电解质材料的制备方法是通过引入B₂O₃助溶剂结合压制烧结工艺，优化高温固相反应的结晶过程，得到晶界较少的大单晶Li_0.5La_0.5MnO₃·xB₂O₃，抑制材料的晶界阻抗，达到提高材料锂离子的扩散速率的目的。本发明公开的高锂离子扩散率的固态电解质材料具有锂离子扩散速率快、机械强度高、界面稳定、安全性能好等优点，可提升电池的安全性能和比能量密度，是下一代锂离子电池的重点方向。

技术领域

本发明属于全固态锂离子电池领域，特别涉及一种高锂离子扩散率的固态电解质材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子二次电池在智能手机、新能源车、节能储能等领域的不断推广和规模化应用，市场对锂离子电池的比能量需求、快速充电需求、使用寿命需求日益提升。目前商业化的锂离子二次电池主要为有机电解液体系，在提高充电截止电压(比能量提升)和提高充放电电流(快速充放电制式)下，由于电解液的耐高压、高温性能的限制，电池的安全性存在很大隐患，容易发生热失控进而导致电池着火、爆炸的风险。另一方面，电解液易挥发、泄露，随着充放电循环次数的增长，电解液被消耗贻尽，电池容量出现跳水，电液泄露也会带来安全上的风险。因此，高比能量密度下，提升电池的安全性能和循环寿命是下一代锂离子电池开发的重点方向。

全固态锂离子电池因不使用液体的有机电解液体系，不存在电液泄露、挥发消耗的问题，同时，固态电解质可以阻隔电池内部正极和负极的内短路，较有机电解液体系的锂离子二次电池全固态锂离子二次电池安全性能大幅提高。

ABO₃型钙钛矿类固态电解质材料具有晶粒电导率高(10^-3S/cm)、材料强度高、结构稳定，具备很好的应用潜力。但其晶界电阻很大，Ti⁴⁺离子容易被金属锂还原等问题，是制约其应用的主要技术瓶颈。

本发明公开的钙钛矿型固态电解质材料Li_0.5La_0.5MnO₃·xB₂O₃具有锂离子扩散速率快、结构稳定，装配成全固态电池具有比能量高、安全性能好的优势。该材料的应用有望实现新一代锂离子动力电池比能量密度达到400Wh/kg的目标，大幅提升新能源车的续航里程。

发明内容

本发明的目的是提供一种高锂离子扩散速率的固态电解质材料及其制备方法。设计了一种通过前驱体合成、控制结晶高温固相反应的技术，制备单晶尺寸更大、晶界扩散速度更快的钙钛矿型固态电解质材料。

一种高离子扩散率的固态电解质材料，所述固态电解质材料的分子式为Li_0.5La_0.5MnO₃·xB₂O₃，其中：0＜x≤0.1。

一种高离子扩散率的固态电解质材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备La_0.5Mn(OH)_3.5前驱体

1)配置浓度为0.1～1mol/L的氨水溶液I；

2)配置金属摩尔比为1:2的La、Mn可溶性盐溶液II，其中，以金属离子的总量计，金属离子的总浓度为1～5mol/L；

3)配置浓度为2～10mol/L的NaOH碱溶液III；