[发明专利]一种固态电解质材料及其制备方法、锂离子固态电池

说明书

本发明提供了一种固态电解质材料及其制备方法、锂离子固态电池。该固态电解质材料经由改性材料与Li₇La₃Zr₂O₁₂进行原位复合及Al掺杂形成，其中改性材料为Al‑Si₃N₄‑Al₂O₃。本发明的电解质材料可以较好地兼顾高离子电导率、低烧结温度、良好的加工性能、并具有良好的稳定性和安全性。

技术领域

本发明涉及固态电解质材料领域，具体而言，涉及一种固态电解质材料及其制备方法、锂离子固态电池。

背景技术

目前，全球范围内均在加大固态电池的研发，中、日、韩在固态电池领域处于技术领先地位。在众多固态电池的相关研发项目中，长续航和高安全固态电池的研究属于重中之重，它是新能源汽车取代传统燃油汽车的关键所在。

固态电解质目前主要有三大技术路线，聚合物最早实现商业化但存在致命缺点，氧化物体系目前进展较快，而硫化物处于开发进度早期但潜力巨大，选择聚合物路线的以欧美企业为主，高能聚合物是未来的研发方向。国内企业较多选择氧化物路线，非薄膜型已尝试打开消费电子市场。硫化物路线受日韩企业热捧，性能好且最适配，固态电池，但同时研究难度也最大。

固态电解质实现导电需要依靠导电离子迁移作用，离子迁移速率越快，电解质的导电性也就越好，锂离子导体内部晶体排列的紧密程度对离子在导体内部迁移速率有重要的影响。LLZO固体电解质具有较高的离子导电能力、较宽的电化学窗口、对锂金属负极较好的稳定性以及与高电位正极材料的良好界面适应性等优势，在无机固态电解质中表现出较强的竞争力。并且LLZO固体电解质的立方相离子传导率较高，在实用化方面更有前景。但是，立方相的制备需要非常高的烧结温度。并且，LLZO暴露在湿气中会发生Li⁺/H⁺交换反应，表面生成Li₂CO₃，这会导致降低LLZO对Li润湿性和离子电导率。另外，尽管LLZO有较高的离子传导率并且对锂金属稳定，但由材料本身质地坚硬导致的界面不匹配问题仍然限制着石榴石型固态电解质的发展。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种固态电解质材料及其制备方法、锂离子固态电池，以解决现有技术中固态电解质材料难以兼顾高离子电导率、低烧结温度、良好的加工性能、以及良好的稳定性和安全性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种固态电解质材料，其经由改性材料与Li₇La₃Zr₂O₁₂进行原位复合及Al掺杂形成，其中改性材料为Al-Si₃N₄-Al₂O₃。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种固态电解质材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1，分别称取锂源、镧源和锆源，并分散于醇溶液中，加入螯合剂，进行第一热处理，得到锂镧锆氧前驱体溶胶；

S2，按照摩尔比为(1.4～1.8)：1：1分别称取Al粉、Si₃N₄和Al₂O₃，并分散于醇溶液中，加入酚醛树脂，然后进行球磨、干燥、预烧，得到Al-Si₃N₄-Al₂O₃前驱体；

S3，将Al-Si₃N₄-Al₂O₃前驱体与锂镧锆氧前驱溶胶混合，其次进行第二热处理，得到凝胶；

S4，将凝胶进行煅烧，冷却后研磨，然后在保护气氛下退火，得到固态电解质材料。