[发明专利]一种降低氧化物电解质晶界阻抗及界面阻抗的方法

说明书

本发明属于固态电池材料技术领域，具体涉及一种降低氧化物电解质晶界阻抗及界面阻抗的方法。所述方法在于在氧化物电解质颗粒表面或电极颗粒表面形成卤化物电解质膜。本发明利用卤化物电解质修饰氧化物电解质颗粒的晶粒界面，可有效降低晶界阻抗，从而实现采用室温冷压技术制备氧化物固态电解质片的目的；其中卤化物电解质膜起到粘结颗粒晶界并提供离子导的作用，因此能避免使用高温烧结制备氧化物固态电解质片，所得氧化物‑卤化物复合电解质片具有很高的离子导。同理，利用卤化物电解质修饰电极颗粒，进而修饰活性电极材料与氧化物固态电解质片的界面，使两者紧密接触，有效降低界面阻抗，其所得固态电池可在室温下正常工作、释放出良好的电化学性能的固态电池。

技术领域

本发明属于固态电池材料技术领域，具体涉及一种降低氧化物电解质晶界阻抗及界面阻抗的方法。

背景技术

随着能源危机以及环境污染问题越来越严重，锂离子电池作为绿色能量取代化石燃料得到越来越多的关注。目前，锂离子电池主要应用于蓝牙耳机、手机、照相机、手提电脑等小型设备中。为了进一步提高锂离子电池的能量密度并将其应用于远程行驶的电动汽车领域，需要解决电池的安全性问题和能量密度问题。

基于这个目的，发展固态锂电池是很好的一个选择。固态锂电池比传统液体电池具有更高的能量密度，而且因为没有任何有机溶剂在固态电池中被使用，更加安全，避免了起火、泄露等危险。

目前具有应用于固态电池前景的固态电解质中最具稳定性和安全性的是氧化物电解质，因为它具有相对较高的离子导，较宽的电化学稳定窗口，以及较好的空气稳定性。

但是，目前制备氧化物电解质的手段都是通过高温烧结得以去除其高晶界阻抗。例如，NASICON结构的氧化物电解质LAGP需要近850℃高温烧结才能得到高的离子导(J.Power Sources 2015，290，123-129)；钙钛矿型氧化物电解质Li3xLa1/3-2xTiO3需要近1200℃高温烧结才能得到高离子导(J.Mater.Chem.A,2017,5,6257-6262)；相似的，石榴石型固态电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)也需要1200℃烧结温度(Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,7778-7781)。高温烧结是一个能量消耗很高以及时间比较长的过程，这个过程不利于固态电解质在固态电池的应用。

对于解决高温烧结的难题，通过结合氧化物电解质与其他电解质如聚合物电解质或者硫化物电解质而实现低温制备氧化物电解质的方法已经有人报道(Nano Energy2018,46,176-184),(J.Mater.Chem.A,2014,2,4111-4116)。然而，氧化物电解质与聚合物电解质复合得到的固态电解质室温离子导很低，难以应用于实际固态电池中。氧化物固态电解质与硫化物固态电解质复合得到的固态电解质存在空气不稳定，对锂金属负极及正极材料不稳定的缺点。这些问题都限制了这些电解质的广泛使用。

氧化物的另一个缺点就是与电极的接触性很差，导致电极/电解质界面阻抗极高，从而导致固态电池无法正常工作。