[发明专利]反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片、全固态电池

说明书

本申请提供一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片、全固态电池，属于全固态锂离子电池技术领域。该反钙钛矿固态电解质材料包括：立方相Li_3‑xM_x/nAX和层状相Li_7‑yM_y/nA₂X₃，其中，0x0.5，0y1，M为金属离子，A为二价阴离子，X为一价阴离子，n为掺杂的金属离子的价态。其制备方法包括：将Li₂A、无机金属化合物、LiX混合，温度为250‑600℃的条件下保温2h以后，然后冷却；其中，A为二价阴离子，B为一价阴离子。该反钙钛矿固态电解质材料中进行了金属离子的掺杂，优化离子扩散通道，提高离子可迁移性，从而提高电解质离子电导率。

技术领域

本申请涉及全固态锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片、全固态电池。

背景技术

目前，全固态锂离子电池中的主要部件是固态电解质片，现有的固态电解片存在离子电导率低、界面稳定性差等问题。因此，开发具有高离子电导率和界面稳定性的固态电解质片是推动全固态锂离子电池发展的关键。

具有反钙钛矿结构的固态电解质一般具有较为理想的性能，如活化能较低，离子电导率较高等，且电子电导率很低，更重要的是，该类材料对锂金属稳定，一定温度范围内热稳定性好，具有较好的应用空间。但是，目前的反钙钛矿型固体电解质相对液态电解质的离子电导率仍相差较大，还有待进一步提高。

发明内容

本申请的目的在于提供一种反钙钛矿固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片、全固态电池，通过在层状相和立方相中均进行金属离子掺杂的方式，进一步提高电解质的离子传导率。

第一方面，本申请提供一种反钙钛矿固态电解质材料，包括：立方相Li_3-xM_x/nAX和层状相Li_7-yM_y/nA₂X₃，其中，0x0.5，0y1，M为金属元素，A为二价阴离子，X为一价阴离子，n为掺杂的金属离子的价态。

本申请中，在层状反钙钛矿结构相和立方反钙钛矿结构相中均进行了金属离子掺杂，可以优化离子扩散通道，提高离子可迁移性，从而提高电解质离子电导率。且层状相中掺杂有金属离子，可以使亚稳相的层状相的结构更加稳定，能够稳定存在两相反钙钛矿材料中。

可选地，M为碱土金属离子或/和过渡金属离子。可选地，M为Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、Sc3⁺、Al³⁺、Ga³⁺和Ti⁴⁺中的一种或多种。A为O^2-、S^2-和Se^2-中的一种或多种。X为F^-、Cl^-、Br^-、I^-、NO₂^-、NH₂^-、BH₄^-和BF₄^-中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，层状相的质量百分含量为25％-80％。层状反钙钛矿结构相的含量较高，能够使电解质的离子传导率更高。

第二方面，本申请提供一种反钙钛矿固态电解质材料的制备方法，包括：将Li₂A、无机金属化合物及LiX混合，在温度为250-600℃的条件下进行热处理，然后冷却；其中，A为二价阴离子，X为一价阴离子。