[发明专利]卤化钇锂的制备方法及其在固态电解质和电池中的应用

说明书

本发明提供了一种卤化钇锂的制备方法及其在固态电解质和电池中的应用。本发明所述的制备卤化钇锂的方法包括：(1)将卤化钇盐和锂盐供给至球磨罐中进行机械合成；(2)在惰性气体保护下对机械合成产物进行退火处理，以便得到化学式为Li₃YA_xB_6‑x的卤化钇锂，其中，A为Cl^‑和/或Br^‑，B为选自I^‑、F^‑、BF₄^‑、PF₆^‑、BOB^‑、TFSI^‑和FSI^‑中的至少一种，0x≤6。该方法可以在常压下进行，且原料成本低，制备得到的Li₃YCl₆的热稳定性好且结晶度高，在常温下具有较高的电导率。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，特别涉及卤化钇锂的制备方法及其在固态电解质和电池中的应用。

背景技术

自1991年索尼锂离子电池推出以来，被广泛用于电子产品，近年来被用于移动和运输。现有的锂离子电池的能量密度可高达265Wh/Kg，在-20～40℃的操作温度和1.5h的持续充电时间下的充放电循环次数通常在2000至4000次之间，这种锂离子电池由石墨基阳极和由绝缘聚合物隔板分开的含Ni/Co阴极组成。锂离子在充电期间来回穿梭插入阳极并在放电期间插入阴极，为确保锂离子在电极之间的有效传输，阳极、隔膜和阴极被配制成具有约35％的孔隙率以适应液体电解质，液体电解质包括锂盐和有机溶剂，密度约为1.3mg/cm³，液体电解质的用量、锂盐的浓度以及溶剂的选择(它们的密度和凝固点的变化)决定了锂离子电池的能量密度，循环寿命和操作温度范围；此外，液体电解质溶剂的可燃性限制了锂离子电池的安全使用，如果损坏和渗透，锂离子电池内部会发生易燃溶剂燃烧，引发火灾等热失控事件；并且，这种反应性液体电解质还限制了具有更高活性电极的使用，例如金属锂金属阳极或高压阴极，这使得锂离子电池能量密度的难以超过350Wh/kg。

为了打破350Wh/Kg的屏障，需要使用高能量金属锂作为阳极，这可以通过稳定性好的固体电解质来实现，这种电解质将取代电极之间的聚合物隔板，并且还将与电极混合以赋予锂离子导电性。固体电解质需要良好的锂离子导体，良好的电子绝缘体，且不容易与电极发生反应(宽的电化学惰性窗口)，具有低密度并且对锂离子扩散具有低的晶界电阻。从电池组装的角度来看，固体电解质还应该简化电池组装过程，因为它们不流动并且需要更少的套管，这不但可以降低成本，还可以提高电池的能量密度。目前常见的固体电解质包括有机(聚合物)和无机(通常是硫化物或氧化物)固体。通常，固体电解质需要更高的温度(40～80℃)以达到较高的电导率(约0.2mS/cm)。