[发明专利]用于锂或钠离子导电的固体电解质玻璃

说明书

本发明提供了用于锂或钠离子导电的固体电解质玻璃。还提供了用于锂或钠离子导电的玻璃状电解质。本公开内容涉及钠或锂离子电化学装置的开发和改进，具体地涉及用于电池、电容器及其它电化学装置的包含高离子电导率的新玻璃状电解质的开发，所述电池、电容器及其它电化学装置包括含有式R_3‑2xM_xHalO的固体电解质玻璃，其中R选自由锂或钠组成的组；M选自由镁、钙、锶或钡组成的组；Hal选自由氟、氯、溴、碘或它们的混合物组成的组；X是M的摩尔数并且0≤x≤0.01，并且固体电解质玻璃具有玻璃化转变点。

本申请是申请日为2015年2月26日，申请号为201580022172.1，发明名称为“用于锂或钠离子导电的固体电解质玻璃”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容涉及钠或锂离子电化学装置的开发和改进，具体地涉及包含高离子电导率和/或高电化学稳定窗口(high electrochemical window of stability)的新固体电解质玻璃的开发。

背景技术

目前在国际社会中设想了四类下一代电池：锂-硫、金属-空气和金属-钠电池、多价阳离子电池和全固态电池概念(M.Tatsumisago and Hayashi,A.Sol.Stat.Ionics,2012,225,342)。这些电池设计需要高性能、安全且有成本效益的电解质，其与优化的电极材料相容。固体电解质尚未广泛应用于商业电池，这是因为它们在可接受的温度下具有不良的离子导电性，并且相对于锂-金属，稳定性不足。

Chen及同事(Z.Chen,Y.Qini,Y.Ren,W.Lu,C.Orendorff,E.P.Roth and K.Amine,Energy Environ.Sci.2011,4,4023)显示锂离子电池中较高的石墨负极表面积可以导致更大的固体电解质界面(SEI)，并因此在热分解期间导致更多的发热。在～110℃发生的这种初始反应可以在电池中进一步引发其它放热反应。因此，最近对石墨阳极的工作主要集中在开发稳定的人工固体电解质界面以稳定锂化石墨并改善安全性和循环性能。

最近，在正极使用来自空气的氧气的锂电池(锂-空气电池)吸引了全世界的注意。在该开放系统中，严格需要使用具有低挥发性的电解质。对于锂-空气电池，注意力主要集中于通过锂-离子导电陶瓷电解质保护的锂-金属阳极(N.-S.Choi,Z.Chen,S.A.Freunberger,X.Ji,Y.-K.Sun,K.Amine,G.Yushin,L.F.Nazar,J.Cho and P.G.Bruce,Angew.Chem.Int.2012,51,9994)。LISICON(Li_(1+x+y)Al_xTi_2-xSi_yP_(3-y)O₁₂)(Ohara Inc.2013)已用于上述目的，其中与LISICON有关的主要问题在于与Li-金属接触减少，从而在Li/陶瓷界面上难以循环(N.-S.Choi,Z.Chen,S.A.Freunberger,X.Ji,Y.-K.Sun,K.Amine,G.Yushin,L.F.Nazar,J.Cho and P.G.Bruce,Angew.Chem.Int.2012,51,9994)。