一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及新能源，尤其涉及一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、固态电池被认为是下一代高性能二次电池的重要发展方向，与采用液态电解液的传统锂离子电池相比，在提高电池能量密度、拓展电池工作温度范围以及提升电池安全性等方面具有较大的应用潜力，特别是在新能源汽车、便携式电子设备及规模化储能等领域具有广阔的应用前景。

2、固态电解质是固态电池的核心组成材料之一，设置于正极与负极之间，用于传输锂离子并实现正负极之间的电隔离。固态电解质的离子传输能力直接关系到锂离子在电池内部的迁移效率，其力学性能则与电解质层的成型加工、界面接触以及电池整体结构稳定性密切相关。因此，固态电解质不仅需要具有较高的室温离子电导率，还需要具有与固态电池结构相适应的力学性能，从而满足固态电池实际应用的要求。

3、目前，固态电解质主要包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、卤化物固态电解质以及聚合物固态电解质等。其中，氧化物固态电解质具有较好的化学稳定性，硫化物固态电解质具有较高的离子电导率，卤化物固态电解质具有较好的综合性能，聚合物固态电解质则具有较好的柔韧性和加工性能。然而，现有固态电解质材料的性能仍有进一步优化空间，尤其是在离子电导率以及杨氏模量等方面，难以同时满足较高离子传输性能和适宜力学性能的要求。

4、因此，仍有必要开发具有较高离子电导率且具有较低杨氏模量的电解质材料，以满足固态电池进一步发展的需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种电解质材料，具有较高离子电导率且具有较低杨氏模量。

2、本发明提供一种电解质材料的制备方法，能得到具有较高离子电导率且具有较低杨氏模量的电解质材料。

3、本发明提供一种极片，具有较高离子电导率且具有较低杨氏模量。

4、本发明提供一种固态电池，电化学性能和机械性能有所优化。

5、本发明提供一种用电设备，电化学性能和机械性能有所优化。

6、第一方面，本发明提供一种电解质材料，包括：xli2o·y(m1)·z(m2)·cl，其中1.2≤x≤1.5，0.2≤y≤0.25，0.1≤z≤0.16；m1包括la和zr，m2包括in、sn和ta。

7、在一个可能的实施例中，la与zr的摩尔比为1：（0.8-1.2）；in、sn、ta的摩尔比为1：（0.9-1.1）：（0.9-1.1）。

8、第二方面，本发明提供第一方面任一项所述电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

9、在惰性气氛下，将原料体系进行球磨处理，得到中间体粉末，再对所述中间体粉末进行热处理，得到所述电解质材料；

10、所述原料体系包括氯化锂、氯化镧、氯化锆、氯化铟、氯化亚锡、氯化钽以及氧源。

11、在一个可能的实施例中，所述球磨处理中还加入氧化锆磨球，所述氧化锆磨球与所述原料体系的质量比为（20-50）：1。

12、在一个可能的实施例中，所述球磨处理为间歇式，球磨转速为400-600rpm，球磨0.5-1h间歇10-15min，总时间为15-40h。

13、在一个可能的实施例中，所述热处理中，将所述中间体粉末以2-5℃/min的升温速率加热至150-350℃，所述热处理的总时间为1-5h。

14、第三方面，本发明提供一种极片，包括集流体以及设置于所述集流体至少一侧表面的复合电极层；所述复合电极层包括本发明第一方面任一项所述电解质材料，或通过本发明第二方面任一项所述方法得到的所述电解质材料。

15、在一个可能的实施例中，所述复合电极层还包括镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种。

16、第四方面，本发明提供一种固态电池，包括本发明第三方面任一项所述极片。

17、第五方面，本发明提供一种用电设备，包括本发明第四方面所述固态电池。

18、本发明提供一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用。通过在li2o基体系中协同引入la、zr、in、sn和ta多种金属阳离子，并将各组分含量控制在特定范围内，实现离子传输性能与力学特征的协同调控。一方面，不同价态、离子半径及极化能力的金属阳离子进入晶格后，可产生局域配位环境差异和晶格无序，形成更多有利于li+迁移的缺陷及可占据位点；同时，o/cl双阴离子配位环境，可进一步调节局域键合状态及迁移通道，提高室温离子电导率。另一方面，多阳离子无序分布及o/cl混合配位破坏了晶格中强键合网络，并可伴随晶格畸变及一定程度的结构无序化，由此降低材料抵抗弹性形变的能力，使其表现出较低的杨氏模量。

1.一种电解质材料，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电解质材料，其特征在于，la与zr的摩尔比为1：（0.8-1.2）；in、sn、ta的摩尔比为1：（0.9-1.1）：（0.9-1.1）。

3.一种权利要求1或2所述电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述球磨处理中还加入氧化锆磨球，所述氧化锆磨球与所述原料体系的质量比为（20-50）：1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述球磨处理为间歇式，球磨转速为400-600rpm，球磨0.5-1h间歇10-15min，总时间为15-40h。

6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理中，将所述中间体粉末以2-5℃/min的升温速率加热至150-350℃，所述热处理的总时间为1-5h。

7.一种极片，其特征在于，包括集流体以及设置于所述集流体至少一侧表面的复合电极层；

8.根据权利要求7所述的极片，其特征在于，所述复合电极层还包括镍钴锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种。

9.一种固态电池，其特征在于，包括权利要求7或8所述极片。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述固态电池。