[发明专利]硼氢化锂基固态电解质材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硼氢化锂基固态电解质材料的制备方法，本方法首先将硼氢化锂与卤化锂按照一定比例混合，在非氧化性气氛下进行加热处理，冷却后得到卤素掺杂的硼氢化锂；将卤素掺杂的硼氢化锂与介孔材料按照一定比例混合后，在高压氢气气氛下进行加热熔融浸渍处理，冷却后得到纳米限域的卤素掺杂硼氢化锂基固态电解质材料。本方法克服传统硼氢化锂固态电解质的缺陷，所制备的材料具有优异的离子导电特性和电化学稳定性，提高电极兼容性，且制备工艺简单，重复性良好，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，尤其涉及一种硼氢化锂基固态电解质材料的制备方法。

背景技术

在各种商业化的可充放电储能装置中，锂离子电池因具有能量密度高、输出功率大、电压高、工作温度范围宽等不可比拟的优势，成为不可替代的储能设备，是目前商业化储能电源的主导产品。锂离子电池的应用主要集中在两个方面，一是作为汽车、舰船、航天航空设备上的动力电源和大型的储能设备，二是应用于智能卡、微型传感器、微电子系统等微型集成电子器件中。由此对锂离子电池提出了更高的安全要求。目前，商业化的锂离子电池采用有机液态电解质作为传输导锂的介质，该类电解质在使用过程中，会带来很多无法预估的安全隐患。

近年来人们提出采用无机固相电解质来替代易燃的有机液相电解质，可以消除锂离子电池在大规模应用过程的安全隐患。固态电解质具有高的热稳定性、宽的工作温度、以及宽的电化学稳定窗口；其高强度和硬度的特性可以有效缓解锂枝晶的生长穿刺。目前人们已经开发出了多种无机固态电解质系，如钙钛矿型、锂快离子导体、石榴石型等。

近来较为引人关注的是日本东北大学Orimo提出的硼氢化锂作为固态电解质的新思路，他们发现在温度113°C附近，硼氢化锂由电导率较低的低温相转变为了离子电导率较高的高温相，电导率可达10^-3S cm^-1。2009年，他们通过添加卤化锂（LiX, X = Cl, Br, I）改变硼氢化锂在室温下的结构，提高了其在室温下的离子电导率。但这种方法只是单一地增加体相中的锂离子迁移速率，在室温下其电导率只有10⁻⁵ S cm^-1 [J. Am. Chem. Soc.,131 (2009) 894.]。

2014年，Blanchard将硼氢化锂通过熔融的方法装载到介孔二氧化硅MCM-41的纳米孔道内，通过界面效应改善了所制得的硼氢化锂@MCM-41的锂离子电导率[Adv. Funct.Mater., 2015, 25(2): 184.]。但这种方法只是单一地增加界面中的锂离子迁移速率，在室温条件下的电导率小于10⁻⁴ S cm^-1，不足以满足电池的正常使用需求，还需要进一步的改进。同时，以上材料的电化学稳定性也较差，对于一些电极材料无法很好地兼容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硼氢化锂基固态电解质材料的制备方法，本方法克服传统硼氢化锂固态电解质的缺陷，所制备的材料具有优异的离子导电特性和电化学稳定性，提高电极兼容性，且制备工艺简单，重复性良好，适合大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明硼氢化锂基固态电解质材料的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将硼氢化锂与卤化锂按照一定比例混合后，在非氧化性气氛下进行加热处理，冷却后得到卤素掺杂的硼氢化锂；

步骤二、将卤素掺杂的硼氢化锂与介孔材料按照一定比例混合后，在高压氢气气氛下进行加热熔融浸渍处理，冷却后得到纳米限域的卤素掺杂硼氢化锂基固态电解质材料。

进一步，所述卤化锂包括碘化锂、溴化锂、氯化锂、氟化锂及其混合物。

进一步，所述硼氢化锂与卤化锂按摩尔比1:1至5:1的比例混合。

进一步，所述的非氧化性气氛为氩气、氮气、氢气或其混合物气氛。