[发明专利]无机固态电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种无机固态电解质及其制备方法，一种无机固态电解质膜及其制备方法和固态电池。无机固态电解质包括氧化物固态电解质，在所述氧化物固态电解质所含氧化物晶粒的晶界处分布有用于与锂金属形成合金的锂枝晶抑制剂。无机固态电解质在充放电过程中其能够有效与沉积在氧化物固态电解质所含晶界处的锂金属形成固溶体，生成锂合金，从而避免以锂金属的形式沉积形成锂枝晶而穿刺电解质。本发明无机固态电解质的制备方法条件易控，有效保证制备的无机固态电解质材料的上述电化学性能稳定，而且效率高。无机固态电解质膜含有本发明无机固态电解质，固态电池含有本发明无机固态电解质膜。无机固态电解质膜和固态电池循环性能好，寿命长。

技术领域

本发明属于电解质材料技术领域，具体涉及一种无机固态电解质及其制备方法，一种无机固态电解质膜及其制备方法，以及一种固态电池。

背景技术

固态电池，因其高容量、高安全性，受到学术界和工业界的广泛关注。固态电池的核心技术在于高离子电导率、高稳定性固态电解质的制备。目前，固态电解质包括：聚合物电解质、无机固态电解质。其中，无机固态电解质主要包括硫化物电解质和氧化物电解质。

氧化物固态电解质因其高弹性模量，能够抑制负极表面锂枝晶的生长，具有优异的对锂稳定性，且室温离子电导率最高可达10^-3Scm-1。然而，在实际应用和研发过程中发现，其电子电导率不够低，锂离子依然能够在其内部与电子结合，从而延晶界沉积形成锂枝晶，如图2a所示。

目前的解决方案是对氧化物固态电解质进行掺杂，如Ta掺杂的LLZO，可以降低其电子导率，减缓锂金属在其内部沉积。掺杂方案只能减缓，并未解决锂金属在氧化物固态电解质内部沉积的问题。这样，从而导致含有氧化物固态电解质的固态电池以发送短路而导致安全性不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机固态电解质及其制备方法，以解决现有氧化物固态电解质无法根本解决锂金属在氧化物固态电解质内部沉积的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种无机固态电解质膜及其制备方法，以及一种固态电池，旨在解决现有氧化物固态电解质膜内部易沉积生长锂枝晶而导致固态电池安全不不理想的问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种无机固态电解质。本发明无机固态电解质包括氧化物固态电解质，在所述氧化物固态电解质所含氧化物晶粒的晶界处分布有用于与锂金属形成合金的锂枝晶抑制剂。这样，本发明无机固态电解质由于直接在氧化物固态电解质所含晶界处分布锂枝晶抑制剂，在充放电过程中其能够有效与沉积在氧化物固态电解质所含晶界处的锂金属形成固溶体，生成锂合金，从而避免以锂金属的形式沉积形成锂枝晶而穿刺电解质。

进一步地，锂枝晶抑制剂包括硅、银、金、锌中的至少一种单质。该些锂枝晶抑制剂能够有效与的锂金属形成固溶体，生成锂合金，避免锂枝晶的形成。

进一步地，锂枝晶抑制剂在所述无机固态电解质中的质量含量为1-10wt.％；或锂枝晶抑制剂填充整个所述氧化物晶粒的晶界。该含量的锂枝晶抑制剂相对锂金属沉淀足量，以充分的与锂金属形成固溶体，同时不影响氧化物固态电解质作为电解质的电化学性能。

进一步地，氧化物固态电解质选自快离子导体电解质、石榴石型固态电解质、尖晶石型固态电解质中的至少一种。该些种类的氧化物固态电解质具有高弹性模量和导电率，对锂稳定性，且能够形成稳定的晶粒并能够使得锂枝晶抑制剂分布在晶粒的晶界处。

本发明的另一方面，提供了无机固态电解质的制备方法。本发明无机固态电解质的制备方法包括如下步骤：

将用于与锂金属形成合金的锂枝晶抑制剂与形成氧化物固态电解质的前驱体按照比例进行混合处理，形成前驱体混合物；

在保护气氛中，将所述前驱体混合物进行第一烧结处理，形成无机固态电解质。