[发明专利]一种核壳结构的金属卤化物固体电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构的金属卤化物固体电解质及其制备方法和应用，固体电解质包括内核和包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核为Li₃MCl₆(LMC)基固体电解质，M为Y或者In；所述包覆层材料为Li₂ZrCl₆(LZC)固体电解质。本发明通过在LMC基固体电解质表面包覆LZC卤化物电解质，可以避免LMC与空气直接接触，阻止LMC和空气中水分反应降解。另外包覆层LZC卤化物电解质直接与金属锂界面接触，可以避免LMC与锂金属负极直接接触，阻止金属锂和LMC在负极界面发生副反应，抑制界面阻抗的增长。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体来说涉及一种核壳结构的金属卤化物固体电解质及其制备方法和应用。

背景技术

能源问题是当今世界关注的重要问题，为了人类的可持续发展，如何高效、绿色地利用能源成为当今世界重要议题。大量使用不可再生的天然气、煤炭、石油等化石能源会产生大量温室气体，并造成环境恶化等问题。我国具有丰富的光伏、风能等清洁能源，发展潜力巨大，但是光伏、风能等清洁能源转化为电能存在时间和空间分布不均的问题。使用高效的二次储能设备对于缓解清洁能源时空分布不均、发展新能源汽车等方面具有重要作用。锂离子电池具有寿命长、比能量高等优点，但是使用液态电解液的传统锂离子的电池存在燃烧和爆炸的安全隐患并且能量密度难以进一步提高。使用固态电解质的固态电池具有安全性高、热力学稳定性好、可塑性强和能量密度高的特点。

固体电解质是固态电池的重要组成部分，目前固体电解质主要分为无机固体电解质和有机聚合物固体电解质两部分。其中无机固体电解质包括氧化物固体电解质、硫化物固体电解质和卤化物固体电解质等。新兴卤化物固体电解质具有离子电导率高、质地柔软、能够匹配高压正极、合成方法简单等优点，同时，卤化物固体电解质也存在对金属锂不稳定、和空气接触易被讲解、耐湿能力差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构的金属卤化物固体电解质及其制备方法和应用，通过在LMC基固体电解质表面包覆LZC卤化物电解质，可以避免LMC与空气直接接触，阻止LMC和空气中水分反应降解。另外包覆层LZC卤化物电解质直接与金属锂界面接触，可以避免LMC与锂金属负极直接接触，阻止金属锂和LMC在负极界面发生副反应，抑制界面阻抗的增长。

为此，本发明提供了一种核壳结构的金属卤化物固体电解质，包括内核和包覆在所述内核表面的包覆层，所述内核为Li₃MCl₆基固体电解质，M为Y或者In；所述包覆层材料为Li₂ZrCl₆固体电解质。

优选的，所述包覆层材料按质量百分比的含量为所述核壳结构的金属卤化物固体电解质的0.5-10wt%。

本发明还提供了所述的核壳结构的金属卤化物固体电解质的制备方法，所述方法包括：

（1）制备Li₃MCl₆基固体电解质；

（2）机械球磨：将制备包覆层材料所需前驱物和步骤（1）得到的Li₃MCl₆基固体电解质粉体混合均匀，然后置于高能球磨研磨罐中进行研磨；研磨完成后，将混合粉体转移至石英舟中；

（3）高温煅烧：将步骤（2）得到的混合粉体于置于管式炉中进行真空煅烧，对煅烧后的混合粉体进行研磨，即可得到核壳结构的核壳结构的金属卤化物固体电解质。

优选的，所述步骤（1）中，采用机械球磨法制备所述Li₃MCl₆基固体电解质，其制备步骤包括：将锂 Li、氯Cl和 M 的前驱体按照 Li、Cl和 M 的摩尔比为3：6：1混合、加入高能球磨罐中，即可得到Li₃MCl₆基固体电解质。