[发明专利]卤化物固态电解质、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种卤化物固态电解质、其制备方法及应用。该卤化物固态电解质的化学式为Lisubgt;3‑x/subgt;Cusubgt;x/subgt;MXsubgt;6‑x/subgt;Asubgt;x/subgt;，其中，M选自In、Sc或Y，X选自Cl、Br或I，A为赝卤阴离子，0.01≤x≤1。本发明的有机无机杂化的锂离子电池卤化物固态电解质通过在卤化物固态电解质中的卤素位点引入赝卤阴离子，大幅降低了由卤离子带来的湿度不稳定性，大大加强了卤化物电解质的湿度稳定性，室温离子电导率仍较高；也因此使得卤化物电解质更容易在湿度较大的环境中压制成片，更方便了全固态电池的组装，可以很大程度地提升全固态电池能量密度，具有良好的大规模商业化、实用化应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种卤化物固态电解质、其制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池作为简单高效的储能系统在现代能源技术发展的各个层次受到了高度重视。然而传统的液态电池由于有机电解液的使用存在有毒、易燃的问题，且锂枝晶穿透隔膜造成电池内部短路存在易燃易爆等安全性隐患。因此用固态电解质代替传统锂离子电池中的电解液与隔膜，开发安全且性能优异成本低的全固态电池已成为当今世界能源领域的重大挑战。相较于氧化物固态电解质，硫化物固态电解质及卤化物固态电解质由于优异的室温离子电导率以及低的合成温度而得到众多研究人员的广泛关注。

然而由于硫化物电解质较差的空气稳定性，在使用、回收处理过程中极易产生硫化氢等有害气体从而影响其实际应用；卤化物电解质在具有高离子电导率的同时兼具环境友好的特点，因此成为极具潜力的未来商业化生产及使用的固态电解质材料。卤化物电解质的发展近几年逐渐兴起，现有卤化物电解质由于合成原料用到大量的金属卤化物，导致其具有很强的吸湿潮解性，从而导致离子电导率大幅度下降，这也是卤化物固态电解质应用面临的问题。

专利CN111106246A公开了一种基于含硫氰酸根离子的拟卤化物钙钛矿的太阳能电池，采用的混合阳离子拟卤化物钙钛矿FA_xK_yPb(SCN)₂I，其中，x＝(0.97～0.99)，y＝(0.01～0.03)，并且x+y＝1，但其不适用在锂离子电池中，不能满足锂离子电池体系中电解质需要具有较高的锂离子电导率的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种卤化物固态电解质、其制备方法及应用，以解决现有技术中卤化物电解质无法兼顾良好的湿度稳定性和离子电导率，导致锂离子电池能量密度较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种卤化物固态电解质，化学式为Li_3-xCu_xMX_6-xA_x，其中，M选自In、Sc或Y，X选自Cl、Br或I，A为赝卤阴离子，0.01≤x≤1。

进一步地，赝卤阴离子选自SCN^-、PF₆^-或BF₄^-；优选地，卤化物固态电解质为Li_3-xCu_xInCl_6-xSCN_x和/或Li_3-xCu_xScCl_6-xSCN_x。

进一步地，卤化物固态电解质的湿度稳定性随x增加而增加；优选地，卤化物固态电解质的离子电导率为10^-3～10^-5S/cm。

根据本发明的另一方面，提供了上述卤化物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，在惰性氛围下，将锂源、铜源、金属卤化物和含赝卤阴离子化合物混合，得到混合原料；步骤S2，将混合原料进行真空烧结，得到卤化物固态电解质。

进一步地，步骤S1中，还包括将混合原料进行球磨的步骤。