[发明专利]一种高性能NASCION结构固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能NASCION结构固态电解质及其制备方法。首先通过水热法和高温固相法制备得到了分子组成为Li_1.05～1.1Ti_(2‑x)Sr_x(PO₄)₃锶掺杂NASCION结构固态电解质，然后通过共沉淀法在其表面包覆了一层磷酸锂快离子导体层。本发明的水热法可以定向控制晶体的生长方向，提高锂离子的扩散系数，同时二价Sr的加入进一步促进了锂离子扩散系数的提升；在NASCION结构固态电解质表面包覆一层磷酸锂快离子导体不仅可以维持固态电解质较高的离子扩散系数，而且可以有效提其与锂的兼容性。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池固态电解质领域，尤其涉及一种高性能NASCION固态电解质及其制备方法。

背景技术

在国家政策的支持下，我国新能源汽车产业取得了飞速发展，目前年产销量已达到了全球的一半以上。众所周知，动力电池是新能源汽车的核心部分，其中锂离子电池在成本、能量密度方面具有明显的优势，能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性，在动力电池领域占统治地位。但近期新能源汽车的安全事件时有发生，究其根本原因，现在的溶液型电解液为易燃有机物体系，且电化学窗口窄，采用通常的改进方法无法彻底解决。采用固态电解质具有电化学窗口宽，热稳定性高，不仅可以从根本解决锂离子电池的安全性问题，同时大大简化制造封装工艺，提高电池的能量密度(在现有正负极体系下比能量密度可以提升20％～50％)、可靠性和设计自由度。

固态电解质是锂离子固态电池的核心，其直接决定了锂离子固态电池倍率性能、安全性能和循环性能等关键性能。现有固态电解质体系中主要包含无机锂离子导体，聚合物锂离子导体和复合锂离子导体。从材料本质特性考虑，无机锂离子导体是解决锂离子电池安全性的最根本途径，从结构上分无机锂离子导体包含钠超离子导体，石榴石结构、钙钛矿结构以及锂的卤化物结构等。其中，钠超离子导体结构具有较宽的电化学窗口和较好环境适应性，是锂离子固态电解质的一个重要研究方向。

常见的钠超离子导体结构材料为LiTi₂(PO₄)₃，但其锂离子扩散系数较低，仅为10^(-7～-8)S/cm^-1；且和金属锂的界面兼容性较差，无法满足锂离子固态电池的使用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种高性能NASCION结构固态电解质及其制备方法，在NASCION结构固态电解质表面包覆一层磷酸锂快离子导体不仅可以维持固态电解质较高的离子扩散系数，而且可以有效地提高其与锂的兼容性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高性能NASCION结构固态电解质的制备方法，通过水热法和高温固相法制备得到了分子组成为Li_1.05～1.1Ti_(2-x)Sr_x(PO₄)₃锶掺杂NASCION结构固态电解质，然后通过共沉淀法在其表面包覆了一层磷酸锂快离子导体层，具体包括如下步骤：

1)根据分子式Li_1.05～1.1Ti_(2-x)Sr_x(PO₄)₃称取锂源、钛源、锶源和磷酸盐，其中0.05≤x≤0.10；称取酒石酸，酒石酸和Li_1.05～1.1Ti_(2-x)M_x(PO₄)₃的摩尔比为(1～3):1；称取去离子水，去离子水质量：(锂源+钛源+锶源+磷酸盐)质量＝(10～20):1；

2)将步骤1)的原料加入水热釜，在180～210℃下保温12-24h，得到固液混合物I；

3)将所述物料I离心洗涤得到物料II；