[发明专利]一种阴离子掺杂的离子导体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种阴离子掺杂的离子导体材料及其制备方法和应用，所述阴离子掺杂的离子导体材料具体为：在初始离子导体材料上进行阴离子掺杂取代，由掺杂取代离子取代初始离子导体材料中部分O^2‑离子而得到的材料；其中，初始离子导体材料具体包括LISCION固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或石榴石型固态电解质材料中的一种或多种混合；掺杂取代离子包括F^‑、Cl^‑、Br^‑、I^‑、S^2‑、SO₄^2‑、P^3‑、NO^3‑、NO^2‑中的一种或多种。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种阴离子掺杂的离子导体材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子产品，电动汽车，新能源产业以及航空航天等领域的迅速发展，对能源储存与转换领域内的液态锂离子电池提出了越来越高的要求，包括能量密度、稳定性以及安全性等，而目前高能量密度的追求已越来越凸显出基于液态电解质的锂离子电池的安全性问题，因此发展使用固态电解质材料的全固态电池具有重要的战略意义。

目前已经开发出多种应用于固态电池的固态电解质材料，如无机氧化物类电解质LISCION固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或石榴石型固态电解质材料等。然而每一类材料都存在一定的缺点不能直接应用于固态电池中，比如石榴石型中LLZO类固态电解质的低离子电导和空气不稳定性；NASCION型固态电解质的对锂金属不稳定性等。

现有技术中，对该类电解质材料进行包覆或阳离子掺杂可适当优化材料，但是成本高，性能优化不明显。因此，迫切需要提出一种创新性的材料改性技术来弥补现在技术缺陷。

发明内容

本发明实施例提供了一种阴离子掺杂的离子导体材料及其制备方法和应用。采用掺杂取代离子取代初始离子导体材料中的O^2-离子对材料进行改性优化，得到结构稳定、热稳定性好、电化学窗口宽、可应用于二次电池特别是锂电池中的阴离子掺杂的离子导体材料，该材料可以进一步提高锂电池的综合性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种阴离子掺杂的离子导体材料,所述阴离子掺杂的离子导体材料具体为：

在初始离子导体材料上进行阴离子掺杂取代，由掺杂取代离子取代初始离子导体材料中(0wt％-50wt％]的O^2-离子而得到的材料；

其中，初始离子导体材料具体包括LISCION固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料或石榴石型固态电解质材料中的一种或多种混合；

掺杂取代离子包括F^-、Cl^-、Br^-、I^-、S^2-、SO₄^2-、P^3-、NO^3-、NO^2-中的一种或多种。

优选的，所述LISCION固态电解质材料具体为：Li₁₄A1(B1O₄)₄，其中A1为Zn、Zr、Cr或Sn中的一种或多种，B1为Ge、Si、S或P中的一种或多种；

所述NASCION型固态电解质材料具体为：Li_1+xA2_xB2_2-x(PO₄)₃，其中x在0.01-0.5之间，A2为Al、Y、Ga、Cr、In、Fe、Se或La中的一种或多种，B2为Ti、Ge、Ta、Zr、Sn、Fe、V或铪元素Hf中的一种或多种；