[发明专利]一种核壳结构的锂离子固态电解质及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，公开了一种核壳结构的锂离子固态电解质及制备方法。包括如下制备过程：（1）将Li₂CO₃、Al₂O₃、TiO₂和NH₄H₂PO₄混合后煅烧，冷却，研磨，过筛，得到核层粉体；（2）将LiOH·H₂O、H₃BO₃、NH₄H₂PO₄和NH₄F加入去离子水中，搅拌均匀后调节pH值，加入硅溶胶机械搅拌，得到溶胶；（3）将核层粉体、Al(H₂PO4)₃加入溶胶中喷雾干燥，然后将得到的前驱体材料烧结，冷却，研磨、洗涤、干燥，即得核壳结构的锂离子固态电解质。本发明制得的核壳结构无机固态电解质与普通无机固态电解质相比，通过在基体材料表面形成完整致密的电子屏蔽层，电化学窗口宽，离子电导率高，应用前景好。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，公开了一种核壳结构的锂离子固态电解质及制备方法。

背景技术

近年来新能源发电领域的快速发展对与之匹配的储能系统提出了新的要求。而在储能电池的更新换代中，锂离子电池由于其自身所具备的各种优点，已成为重点研究领域，并在大量的储能项目中获得了实际应用，取得了一定的成效。随着高新技术的发展，锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点，已经广泛地应用于电动汽车、智能手机、储能等诸多领域。

锂电池主要由正极、负极和电解质组成，其中，电解质作为Li+在正负极见传导的通道，扮演着十分重要的角色。电解质的性能直接影响着锂电池的容量、使用温度、安全性和循环性能等性能指标。随着人们对锂离子电池安全性、能量密度等要求的不断提升，传统液态电解质的锂离子电池存在电解液泄漏、挥发，受到撞击时甚至易发生短路引起燃烧、爆炸等安全隐患。因此，固态电解质作为一类高安全的电解质体系，具有避免电池内部短路、防止电解液泄露、不含易燃易爆成分等独特优势,表现出广阔的应用前景。

锂离子无机固态电解质又称锂快离子导体（Super ionic conductor），这类材料具有较高的Li⁺电导率和 Li⁺迁移数，电导的活化能低，耐高温性能好，在高比能量的大型动力锂离子电池中有很好的应用前景。用锂离子无机固态电解质代替有机液态电解质，可以克服电池内部短路及漏液的缺点，提高锂离子电池使用的安全性。因而，对锂离子固态电解质的研究始终是锂离子电池材料研究领域的热点问题之一。

中国发明专利申请号201811293141.1公开了一种NASICON型锂离子固态电解质，制备方法及其应用，该固态电解质的化学计量式为Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤0.5。通过控制升温速率、预烧温度、预烧时间、煅烧温度、煅烧时间等制备工艺参数合成出具备优良性能的固体电解质，使得该固体电解质的室温离子电导率超过10^-4S/cm。

中国发明专利申请号201810073661.5公开了一种固态电解质膜制备方法及锂电池，固态电解质膜制备方法包括以下步骤：步骤（1），将聚氧化乙烯和导电锂盐混合并加入乙腈溶剂中形成混合液，混合液在15~25℃下搅拌4~16h至导电锂盐完全溶解，形成电解质胶质。步骤（2），往所述电解质胶质中加入无机电解质，所述电解质胶质中的无机电解质的质量分数为1~30％；无机电解质包括Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃(LATP)，其中0.2≤x≤0.4。步骤（3），在15~25℃搅拌6~24h至所述无机电解质完全溶解，形成凝胶态复合电解质。步骤（4），将凝胶态复合电解质涂覆于基板上并压制平整，在20~25℃真空干燥，去除溶剂乙腈，制成固态电解质膜。