[发明专利]卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用。复合体系固态电解质材料为卤化锂与二维材料的球磨复合物，制备时，惰性气体气氛下，将卤化锂与二维材料按照一定摩尔比混合后进行球磨，本发明制备的固态电解质材料由卤化锂与二维材料两相构成，球磨过程中没有中间相生成也没有经历相互反应或自分解，两相界面为非晶相，更有利于锂离子的迁移，可以用于制备全固态锂离子电池的固态电解质。

技术领域

本发明属于新型的固态电解质材料，具体涉及一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料及制备方法和应用。

背景技术

随着储能领域需求的日趋增长，对高性能的可充电的锂离子电池的研究与开发也在不断的加速中。但是，手机和电动汽车中发生的许多事故使人们不再只关注电池的性能，也开始更关注电池的安全性。研究发现，事故主要来源于电池中的有机液态电解质，其易燃性带来的安全问题限制了其进一步的应用。因此，在过去的几十年中，开发高性能的固态电解质来替代液态电解质成为了科研工作者的研究重点。截止目前，研究者们开发的主流的固态电解质主要有氧化物电解质，如钙钛矿和石榴石型材料，还有硫化物电解质，两者均表现出很高的离子电导率(10^-3～10^-4S cm^-1)，接近于液态电解质。

卤化锂作为一类固态电解质材料，与锂负极有良好的化学相容性，且电子电导率极低，但是其较低的离子电导率(如LiI在室温下为10^-7S cm^-1)限制了其在全固态电池中的应用。但研究发现，用卤化钙对卤化锂进行掺杂或者将卤化锂与氧化物，如Al₂O₃、SiO₂等进行复合，均可得到具有高的锂离子电导率的复合物固态电解质。由此可知，卤化锂有成为锂离子电池固态电解质的潜质。目前尚未有卤化锂与二维材料复合应用于固态电解质的报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种卤化锂与二维材料复合固态电解质材料，可以提升锂离子传导性能，本发明的另一目的是提供其制备方法和应用。

技术方案：本发明所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料的制备方法，由卤化锂与二维材料球磨制备得到。

其中，所述卤化锂选自氟化锂(LiF)、氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、碘化锂(LiI)中的一种或几种，所述二维材料选自二硫化钼(MoS₂)、碳氮化合物(g-C₃N₄)、氮化硼(h-BN)中的一种或几种。

所述卤化锂与二维材料的摩尔比为1～10：1～10。

进一步，一种具体的组合方式，所述卤化锂选自碘化锂，所述二维材料选自二硫化钼。卤化锂与二维材料的摩尔比对材料性能至关重要，优选的，所述碘化锂与二硫化钼的摩尔比为1～3：1～2，进一步优选为1：1。

球磨时，磨球与样品的重量比为10:1～100：1，公转转速为每分钟100～600转，球磨时间为1～20小时。球磨的时间和转速会影响复合产物中两相接触进而影响其离子电导率性能，经过实验证明，公转转速优选为每分钟500～600转，球磨时间为10～15小时。

本发明还提供了所述制备方法制备得到的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料。该材料中，卤化锂分散在二维材料的表面，卤化锂与二维材料的两相界面为非晶相。

本发明还提供了所述的卤化锂与二维材料复合固态电解质材料在制备电池电解质中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明制备的固态电解质材料由卤化锂与二维材料两相构成，球磨过程中没有中间相生成也没有经历相互反应或自分解，两相界面为非晶相，更有利于锂离子的迁移。