[发明专利]一种用于钽电容锂电池的固体电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于钽电容锂电池的固体电解质材料及其制备方法，包括制备钙钛矿粉体、制备玻璃粉、制备钽玻璃‑钙钛矿复合材料以及制备电解质材料4个步骤，钽玻璃‑钙钛矿复合材料中含有钙钛矿成分，在室温下钙钛矿成分的电导率较高、稳定性较好、且与高压阴极材料兼容，恰当且适量的加入可以极大地改善电池性能，弥补电解液的缺陷；钽玻璃‑钙钛矿复合材料电解质在材料的表面和内部都能有效的传导锂离子，同时将钽玻璃‑钙钛矿复合材料掺入PEO基固态电解质可以很好的解决无机固态电解质与正极材料的界面电阻大的核心问题，并能够明显的降低固态电解质材料厚度，从而大大降低固态电解质在电池中的电阻。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于钽电容锂电池的固体电解质材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电容电池又称锂离子电容器或锂离子混合超级电容器，它通常是由电池型材料(负极)和电容式材料(正极)在含锂盐的电解质中组装而成的。

然而传统液态锂离子电池采用液态电解液，不仅存在易泄漏、易挥发、易燃烧等安全隐患，而且在充放电过程中容易和电极发生副反应，在高电压下会分解产气，导致电池容量出现不可逆衰减，除此之外，使用石墨负极的液态锂离子电池的能量密度已经接近其上限，而液态体系无法使用高能量密度的金属锂作为负极材料，这是因为锂电极表面不均匀的锂沉积会导致锂枝晶的生长，最终刺穿隔膜造成电池内部短路、热失控甚至起火爆炸，固态电解质的使用，不仅避免了液态有机电解液带来的一系列安全隐患，还可以避免锂枝晶刺穿隔膜的问题，提高了电池的安全性，除此之外，固态电解质宽的电化学窗口允许锂金属负极和高电压正极材料的同时使用，是提升锂离子电池能量密度的有效途径，全固态锂金属电池兼具高安全性和高能量密度的优点，被认为是最具发展潜力的下一代锂电池技术，得到了广泛关注与研究。固态电解质作为全固态锂电池的核心组分，是制备高能量密度、高循环稳定性和高安全性能全固态锂电池的关键材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于钽电容锂电池的固体电解质材料及其制备方法，解决现有的电解质材料电化学性能差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于钽电容锂电池的固体电解质材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备钙钛矿粉体：将碳酸锂、氧化镧和氧化钛混合均匀后进行湿式球磨，再将球磨后的浆料进行干燥、煅烧，煅烧完成后，将煅烧产物进行粉碎和研磨，得到钙钛矿粉体；

(2)制备玻璃粉：将氧化钽、氧化锂和氧化硅混合均匀后进行高温熔化，得到玻璃液，然后将玻璃液冷却成形得到玻璃样品，再将玻璃样品进行粉粹和研磨，即得到玻璃粉；

(3)制备钽玻璃-钙钛矿复合材料：将钙钛矿粉体和玻璃粉混合均匀后进行湿式球磨，再将球磨后的浆料进行干燥和高温熔化，得到玻璃液，将玻璃液冷却成形，然后进行粉粹和研磨，即得到钽玻璃-钙钛矿复合材料；

(4)制备电解质材料：将LiPF₆溶解在聚氧化乙烯溶剂中，再加入钽玻璃-钙钛矿复合材料，混合均匀，即得到电解质材料。

优选的，步骤(1)中，碳酸锂、氧化镧和氧化钛的质量比为1:3-4:4-5。

优选的，步骤(1)中，球磨时间为12-16h，煅烧温度为1000-1200℃，煅烧时间为12-14h。

优选的，步骤(2)中，氧化钽、氧化锂和氧化硅的质量比为1:1:2-3。

优选的，步骤(2)中，高温熔化温度为1500-1600℃，高温熔化时间为15-20min。

优选的，步骤(3)中，钙钛矿粉体和玻璃粉的质量比为6-10:4-5。

优选的，步骤(3)中，球磨时间为12-16h，高温熔化温度为1500-1600℃，高温熔化时间为4-8h。