[发明专利]一种Li-B-N-H复合物快离子导体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，特别涉及一种Li-B-N-H复合物快离子导体，还涉及该快离子导体的制备方法。

背景技术

锂离子二次电池是目前广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机、数码摄像、照相机等电子设备的电源，未来也非常有可能在插电式或混合电动汽车上得到大规模应用。然而，现有锂离子二次电池的电解质目前通常采用易燃的液态有机物，当电池的尺寸进一步放大、充放电功率进一步提高时，该类电解质将给电池的使用带来很多难以预料的安全隐患。

近年来，人们提出采用无机物固相电解质替代有机液相电解质，以此途径消除锂离子电池大规模应用过程中的安全隐患。截止目前，人们已开发出了多种氧化物和硫化物的固相材料体系可作为锂离子二次电池的电解质，如钙钛矿(ABO₃)型的钛酸镧锂(LLT)，具有NaA₂(PO₄)₃结构的钠超离子导体（NASICON），锗酸锌锂（LISICON）和硫代锗酸锌锂（Thio-LISICON）等，这些都属于快离子导体。例如，目前报道的快离子导体Li₁₀GeP₂S₁₂，其室温电导率为10^-2S cm^-1，与液相有机物电解质的电导率是一个量级。此外还有越来越多的新型固相无机材料系列不断推出，以期实现全固相锂离子电池的目标。近来较为引人关注的是日本东北大学提出的硼氢化锂(LiBH₄)作为固相电解质的新思路；研究人员发现在113℃附近，LiBH₄由低温相（LT）向高温相（HT）发生相转变，在此过程中，该物质的电导率迅速升至10^-3S cm^-1；研究人员又将LiI、LiCl等卤化物加入LiBH₄形成相转变温度更低的固溶相，其低温电导特性更为显著，电导率也有所提升。这一系列研究表明，LiBH₄及其固溶相极具成为快离子导体的应用潜质。近期，研究人员又发现，LiBH₄与LiNH₂形成Li₄BN₃H₁₀的化合物，其离子电导率比单纯的LiBH₄又高出一个数量级，达到100℃左右10^-2S cm^-1的数量级，为该类体系在未来固体电解质中可能的应用提供了较好的前景。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种相转变温度低、电导率高的Li-B-N-H复合物快离子导体及其制备方法。

技术方案：本发明提供的一种Li-B-N-H复合物快离子导体，由Li₃N或Li₂NH和固溶相颗粒制成，所述固溶相颗粒选自LiBH₄固溶相颗粒、LiBH₄-LiF固溶相颗粒、LiBH₄-LiCl固溶相颗粒、LiBH₄-LiBr固溶相颗粒和LiBH₄-LiI固溶相颗粒中的一种或几种。

作为另一种优选，Li₃N或Li₂NH与固溶相颗粒的摩尔比为（1:8）～（8:1）。

本发明还提供了上述Li-B-N-H复合物快离子导体的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体保护下，将固溶相颗粒与Li₃N或Li₂NH混匀、球磨，即得。

作为优选，球磨时间为4-6h，球料比为（20-60）:1，球磨机公转速度为200-600rpm。

其中，所述固溶相颗粒的制备方法为：将摩尔比为4:1的卤化锂分别与LiBH₄混匀、球磨，即得。

作为优选，球磨时间为1-3h，球料比为（20-60）:1，球磨机公转速度为200-600rpm。

有益效果：本发明提供的Li-B-N-H复合物快离子导体制备方法简单、成本较低，基于Li-B-N-H体系进行成分调变，将LiBH₄或LiBH₄-卤化锂分别与高电导率的Li₃N、Li₂NH进行复合，获得的Li-B-N-H复合体系具有比体相形态性能更优异的低温电导率，约比后者高1.5～2个数量级。

附图说明