[发明专利]一种液相合成多重离子掺杂钾快离子导体及其制备方法

说明书

一种液相合成多重离子掺杂钾快离子导体及其制备方法，其特征为：化学计量式为K_6.25Fe_0.05Be_0.2Ti_0.05Si_1.75O₇；采用Be²⁺部分取代Si⁴⁺离子，在晶体中产生间隙钾离子而降低钾离子迁移活化能；通过小离子半径的Be²⁺掺杂调节钾离子的迁移通道的大小以适应钾离子的快速迁移；通过Ti⁴⁺部分掺杂形成畸变的晶格结构增加晶格缺陷有利于钾离子传导；通过Fe³⁺部分掺杂形成阳离子空位增加钾离子迁移路径；并在制备过程中在K₆Si₂O₇颗粒的表面进行修饰，形成易烧结特性。这些协同作用使得该钾快离子导体的常温钾离子电导率超过5·10^‑4S/cm，更加接近液态电解质的钾离子电导率。

技术领域

本发明涉及一种固体钾快离子导体制造领域。

背景技术

锂离子电池具有体积、重量能量比高、电压高、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长、功率密度高等绝对优点，在全球移动电源市场拥有逾300亿美元/年份额并远超过其他电池的市场占有率，是最具有市场发展前景的化学电源[吴宇平，万春荣，姜长印，锂离子二次电池，北京：化学工业出版社，2002.]。目前国内外锂离子二次电池大部分采用的是液态电解质，液态锂离子电池具有一些不利因素，如：液态有机电解质可能泄露，在过高的温度下发生爆炸从而造成安全事故，无法应用在一些对安全性要求高的场合；液态电解质锂离子电池普遍存在循环容量衰减问题，使用一段时间后由于电极活性物质在电解质中的溶解、反应而逐步失效[Z.R.Zhang，Z.L.Gong，and Y.Yang，J.Phys.Chem.B，108，2004，17546.]。而全固态电池安全性高、基本没有循环容量衰减，其中作为电解质使用的固体快离子导体还起到了隔膜的作用，简化了电池的结构；此外，由于无需隔绝空气，也简化了生产过程中对设备的要求，电池的外形设计也更加方便、灵活[温兆银，朱修剑，许晓雄等，全固态二次电池的研究，第十二届中国固态离子学学术会议论文集，2004。]。