[发明专利]一种锂电池、固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种锂电池、固态电解质及其制备方法和应用，属于锂电池技术领域。该固态电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、将溶解有锂源与金属卤化物的溶液调节pH至2‑5得到前驱体溶液；S2、将步骤S1得到的所述前驱体溶液进行喷雾干燥，得到前驱体颗粒；S3、将步骤S2得到的所述前驱体颗粒在300‑600℃下进行烧结得到固态电解质。本发明还包括上述固态电解质在在锂电池中的应用。本发明还提出一种锂电池，由复合正极材料、固态电解质、硫化物电解质夹层和金属锂片组成；复合正极材料由固态电解质与正极材料混合并经涂布工艺制得。该方法简单，制得的固态电解质的电导率高达1.92mS·cm^‑1。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池、固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池凭借其能量密度高、电化学窗口宽、充电效率高等优点成为广泛应用的储能设备。传统的有机液态电解质具有可燃性，存在安全隐患，然而固态电解质不仅安全性能良好、锂离子迁移数高而且对高压阴极材料有一定兼容性，是决定全固态电池性能的核心部件。目前，已被广泛研究的固态电解质有氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质，但这几种固态电解质尚存在些许缺点。例如，聚合物固态电解质对环境温度的变化范围要求较严格、电化学窗口窄；硫化物电解质对空气敏感、对电极不稳定；氧化物电解质需要高温烧结、材质偏硬、离子导电率不如硫化物电解质。现有的电解质制备工艺复杂，而且电化学性能较差，主要是离子电导率较低，因此，研发一种简单的工艺制备离子电导率较高的固态电解质对全固态电池的发展来说是至关重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种锂电池、固态电解质及其制备方法和应用，解决现有技术中制备工艺复杂且制得的固态电解质的离子电导率不高的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种锂电池、固态电解质及其制备方法和应用。

本发明提出一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

S1、将溶解有锂源与金属卤化物的溶液调节pH至2-5得到前驱体溶液；所述金属卤化物中的金属元素为Sc、Y、La-Lu镧系元素、Al、Ga、In中的一种或多种；

S2、将步骤S1得到的所述前驱体溶液进行喷雾干燥，得到前驱体颗粒；

S3、将步骤S2得到的所述前驱体颗粒在300-600℃下进行烧结得到固态电解质。

进一步地，在步骤S1中，所述锂源为氯化锂、溴化锂、氟化锂、碳酸锂、乙酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、乳酸锂、草酸锂、氧化锂、甲酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂、磷酸铵锂和磷酸二铵锂中的一种或多种。

进一步地，在步骤S2中，所述喷雾干燥的条件为：进风温度为100-150℃，出风温度为90-120℃，进料速度为200-2000mL/h。

进一步地，在步骤S3中，所述烧结的时间为2-10h。

进一步地，在步骤S1之前还包括制备所述溶解有锂源与金属卤化物的溶液：将锂源与金属卤化物溶解于溶剂中，之后搅拌2-10h得到所述溶解有锂源与金属卤化物的溶液。

进一步地，所述溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、水、聚乙二醇、叶醇、油醇、苯甲醇、环己醇和糠醇中的一种或多种。

进一步地，在步骤S1中，金属卤化物为氯化铟和/或氯化钪。

本发明还提出一种上述制备方法制备得到的固态电解质。

此外，本发明还包括上述固态电解质在锂电池中的应用。

本发明还提出一种锂电池，由复合正极材料、上述固态电解质、硫化物电解质夹层和金属锂片组成；所述复合正极材料由上述固态电解质与正极材料混合并经涂布工艺制得。