[发明专利]一种高熵卤化物固态电解质材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高熵卤化物固态电解质材料及其制备方法与应用，该高熵卤化物固态电解质材料的通式为：Li_aM_nX_x，式中，M包括IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA、VB族中的至少5种金属元素，X包括卤族元素中的一种或多种；1＜a＜5，0.3＜n＜2，x＝a+nε，ε为M的加权平均化合价。本发明电解质材料采用以下制备方法制备得到：按通式的化学计量比称取前驱体LiX和至少5种金属元素对应的卤化物MX_ε混合球磨处理，得到混合粉末，对混合粉末进行压片，然后在氩气氛围下进行热处理烧结，再经研磨得到目的产物。与现有技术相比，本发明高熵卤化物固态电解质材料在固态电池中的电化学稳定性和循环稳定性较好，同时保证了高的Li⁺电导率，且制备方法工艺简单、条件易控。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种高熵卤化物固态电解质材料及其制备方法与应用。

背景技术

基于传统液态电解质的锂离子电池已经在各类便携式电子产品、新能源汽车等领域实现了广泛应用。但随着电池能量密度提升，易燃易爆的危险性也随之提升，特别是近年来新能源汽车安全事故频发，这主要是因为传统的锂离子电池使用易燃的有机溶剂作为电解液，使用中可能会发生漏液、挥发、燃烧等安全问题，存在安全隐患，影响电池寿命。而固态锂电池采用不可燃的固态电解质替代有机液体电解液，有望实现电池的本质安全，给新能源汽车装上“安全基因”。作为固态锂电池中最核心的材料之一，固态电解质的主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过，同时允许离子通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。

目前，固态电解质的研究主要集中在聚合物、氧化物、硫化物、卤化物等材料。其中，卤化物类固态电解质(Li₃YCl₆、Li₃YBr₆、Li₃InCl₆等)是近几年新兴发展的一类固态电解质，具有不错的离子电导率(10^-3S/cm)，较宽的电化学窗口，对高压氧化物正极优良的稳定性，并且卤化物在加工工艺(水介质液相合成)和原料成本方面具有一定的优势。然而卤化物固态电解质与金属锂负极的电化学稳定性较差，容易在固态电池循环中引发副反应，进而造成固态电解质结构破坏、循环稳定性降低、电池失效等问题。因此，开发具有良好结构稳定性的卤化物固态电解质材料迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种高熵卤化物固态电解质材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中卤化物固态电解质存在的稳定性差的问题，旨在制备一种高熵卤化物固态电解质，提升卤化物固态电解质在固态电池中的电化学稳定性和循环稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种高熵卤化物固态电解质材料，该高熵卤化物固态电解质材料的通式为：

Li_aM_nX_x，

式中，M包括IIA、IIB、IIIA、IIIB、IVA、IVB、VA、VB族中的至少5种金属元素，X包括卤族元素中的一种或多种；1＜a＜5，0.3＜n＜2，x＝a+nε，ε为M的加权平均化合价。

进一步的，所述M包括Mg、Zn、Al、Sc、Ga、Y、In、Zr、Hf、Sb、Bi、镧系元素中至少5种金属元素。

进一步的，所述X包括F、Cl、Br、I中的一种或多种。

进一步的，所述高熵卤化物固态电解质材料的化学式为：