[发明专利]一种锂电池专用锂快离子导体材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种锂电池专用锂快离子导体材料及制备方法。将Li₂₄Zn(GeO₄)₄材料球磨过筛后加入粉体加压机，以粉体气流的形式先后通过连续通道，采用磁控溅射在颗粒表面先后形成晶态硅酸锂层和非晶态修饰层，制得双层包覆的Li₂₄Zn(GeO₄)₄固态电解质，即为锂电池专用锂快离子导体材料。该方法通过对Li₂₄Zn(GeO₄)₄材料进行晶态硅酸锂层和非晶态修饰层双层包覆，解决了Li₂₄Zn(GeO₄)₄材料对CO₂和H₂O很敏感、与电极的界面不稳定等缺陷，制备得到了离子电导率高、良好的机械性能、较低的界面阻抗、耐久性和循环性好的固态电解质材料。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及固体电解质材料，特别是涉及一种锂电池专用锂快离子导体材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池与传统的电池相比具有诸多优异性能，其能量高，放电能力强，无记忆效应，储能效率高等。近年来，锂离子电池作为智能手机、新能源汽车、微型传感器、航天航空等设备上的动力电源和储能设备具有广阔的应用。目前锂离子电池普遍采用液态电解质，但液态电解质锂电池中含有易燃性液态有机物，存在着火、爆炸等安全隐患。而固态电解质具有热稳定性好，安全性能高，电解质对锂稳定性较高，循环性能较好，有望根本上解决液态电解质锂电池的安全性问题。

无机固态电解质具有锂离子电导率高、电化学窗口宽、良好的热稳定性，但是固态电解质与电极接触，其固-固界面常伴随副反应，严重影响电极使用寿命，这无疑制约无机着固态电解质在锂离子领域的应用。Li₂₄Zn(GeO₄)₄属于锂快离子导体型，称为LISICON，作为一种具有三维传导性能最好的快离子导体。三维传导的锂离子导体是骨架结构，与一维传导、二维传导相比，其迁移通道更多；由于迁移通道数量更多，又是各向同性，因此三维结构传导对锂离子的迁移效率更高。目前，对于Li₂₄Zn(GeO₄)₄材料用于锂电池电解质的研究越来越受到关注。

中国发明专利申请号201810189464.X公开了一种准固态电解质薄膜，原料组成包括聚合物、陶瓷电解质、锂盐和离子液体；聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚碳酸亚丙酯；陶瓷电解质包括主相硫代LISICON型化合物和杂相Li₃PS₄；离子液体为含氟的咪唑类离子液体。

中国发明专利申请号201810284292.4公开了一种O^2-和F^-协同掺杂的LISICON型固体电解质材料及其制备方法。该固体电解质材料为锂锗磷硫氧氟材料，其化学式为Li₁₀GeP₂S_12-x-yO_xF_y，其中，1≤x≤3，0.5≤y≤1.5；其制备方法为先进行研磨，然后烧结、保温，缓慢冷却至室温即得到该材料。

中国发明专利申请号201010595237.0公开了一种锂离子电池用复合聚合物电解质膜及其制备方法。该电解质以聚合物为基体材料，其中均匀填充锂导电陶瓷粉末，其中锂导电陶瓷粉末的质量为聚合物电解质质量的1~20%；锂导电陶瓷粉末为：LISICON型、NASICON型、钙钛矿型和锂化BPO₄陶瓷中的至少一种；聚合物为：聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物及其上述基体的共混、共聚体系。