[发明专利]一种硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硼氢化锂‑石榴石型氧化物复合固态电解质材料及其制备方法与应用，硼氢化锂‑石榴石型氧化物复合固态电解质材料为硼氢化锂和石榴石型氧化物的复合物，所述硼氢化锂：石榴石型氧化物=1:5~5:1(w/w)，所述硼氢化锂的晶粒为纳米晶。通过球磨混匀、加热熔融浸渍、冷却保温、急冷降温方法制备，并应用于全固态锂电池。通过将硼氢化锂引入石榴石型氧化物中形成复合固态电解质材料，并通过加热熔融浸渍、冷却保温细化步骤细化硼氢化锂晶粒，增强金属锂负极对所得复合固态电解质的浸润性，形成紧密接触的致密界面且具有很低的界面电阻，有利于提高全固态锂电池的功率密度和长循环稳定性。

技术领域

本发明属于固态电解质材料技术领域，具体涉及一种硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料及其制备方法与应用。

背景技术

现有的商业锂离子电池大多采用有机电解液。有机电解液具有高达10^-2 S cm^-1的锂离子电导率，为锂离子电池实现高的倍率性能提供了有利条件。然而，有机电解液在使用过程中容易发生泄漏，且只能提供有限的能量密度和功率密度，不能完全满足新能源汽车的能量需求。

采用固态电解质代替有机电解液组装成锂金属电池，不仅能避免金属锂负极在有机电解液中形成不稳定的SEI膜，防止容量衰减和库伦效率下降，还能杜绝锂枝晶和死锂的产生，并在一定程度上限制锂负极在充放电过程中发生较大的体积变化。因此，应用于锂金属电池的固态电解质材料受到广泛的关注与研究。

石榴石型氧化物固态电解质具有较高的离子电导率，较低的电子传导性，较宽的电化学窗口，是一种较为理想的固态电解质材料。但是，该固态电解质与电极界面接触不佳，界面电阻高，表面氧化和酸化等问题制约了它的发展。CN111584931A公开了硼氢化锂与硫化物复合体系固体电解质及其制备方法和应用，将硫化物与硼氢化锂高能球磨处理得到复合固态电解质，利用硼氢化锂与金属锂负极间的良好接触和低界面电阻解决硫化物与锂金属界面接触不佳的问题，使之具有优良的电极兼容性，但对于化学稳定性、电化学稳定性方面还未有研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料及其制备方法与应用，将硼氢化锂（LiBH₄）引入石榴石型氧化物（LLZTO）中形成复合固态电解质材料，并通过加热熔融浸渍、冷却保温细化步骤细化硼氢化锂晶粒，增强金属锂负极对所得复合固态电解质的浸润性，形成紧密接触的致密界面且具有很低的界面电阻，有利于提高全固态锂电池的功率密度和长循环稳定性。

本发明通过以下技术方案实现：一种硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料，为硼氢化锂和石榴石型氧化物的复合物，所述硼氢化锂：石榴石型氧化物=1:5~5:1(w/w)，所述硼氢化锂的晶粒为纳米晶。

优选的，所述硼氢化锂：石榴石型氧化物=1:1(w/w)。

优选的，所述石榴石型氧化物为Li₇La₃Zr₁Al₂O₁₂、Li₇La₃Zr₁Ta₂O₁₂、Li₇La₃Zr₁Nb₂O₁₂中的一种或多种。

优选的，所述硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料的阻抗为20~100 Ωcm²，电导率为10^-4 ~ 10^-3 Scm^-1，电势窗口为0 ~ 4Vvs. Li/Li⁺且长循环稳定。

一种硼氢化锂-石榴石型氧化物复合固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：