一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及锂离子电池，具体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、全固态电池作为下一代动力电池的终极形态，正被广泛应用于新能源汽车、储能系统及消费电子领域。其核心优势在于通过彻底摒弃传统液态电解液和隔膜，采用固态电解质实现锂离子传导，从而在材料体系、内部结构及工作机理上实现安全性和性能的突破。在新能源汽车领域，全固态电池的高能量密度可显著提升续航里程，同时其本质安全性可有效规避热失控风险，满足极端工况下的使用需求；在储能系统中，全固态电池的长循环寿命和宽温域适应性能够支撑大规模电力储存与分布式能源管理；在消费电子领域，其轻量化和柔性设计特性可适配可穿戴设备及折叠屏手机等新兴产品。

2、然而，现有卤化物固态电解质（如等）在产业化进程中面临多重挑战：一方面，其空气稳定性差，暴露在潮湿环境中易水解生成腐蚀性hcl气体，导致结构坍塌；另一方面，其较高的还原电位使其与金属锂或低电位负极（如石墨、硅）直接接触时易发生分解反应，限制了其在负极侧及电解质层的应用。此外，传统表面包覆工艺可提升稳定性，但常以牺牲离子电导率为代价，导致电解质性能与应用场景需求脱节。因此，开发兼具宽电化学窗口、优异空气稳定性及与正、负极材料的适配性的卤化物电解质材料，成为本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用，该卤化物电解质材料兼具宽电化学窗口、优异空气稳定性及与正、负极材料的适配性。

2、本申请实施例提供一种卤化物电解质材料，包括电解质基体和存在于所述电解质基体表面的第一包覆层；所述电解质基体包括非晶态钽基卤化物电解质；所述第一包覆层包括稀土锂盐，所述稀土锂盐包括，其中，0≤a≤0.3，0≤b≤0.1，x包括f、cl、br、i中的至少两种卤族元素，z包括o、s、se中的至少一种元素，y为钇元素，n为氮元素。

3、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料中，以1mol所述电解质基体为基准，所述的摩尔量y满足0.01≤y≤0.5；和/或，所述非晶态钽基卤化物电解质包括锂钽氧卤化物。

4、根据本申请的一实施方式，以1mol所述电解质基体为基准，所述的摩尔量y满足0.01≤y≤0.3；

5、和/或，所述锂钽氧卤化物包括，以1moltacl5为基准，li2o的摩尔量x满足0.4≤x≤2.5。

6、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料还包括位于所述第一包覆层背离所述电解质基体的一侧的第二包覆层；所述第二包覆层包括无机金属化合物，所述无机金属化合物包括，1≤c≤3，1≤d≤5；m包括sn、zn、al中的一种或多种，q包括卤族元素和/或非卤族元素，所述卤族元素包括f、cl、br、i中的至少一种，所述非卤族元素包括o、s、se中的至少一种；和/或，所述卤化物电解质材料的氧化电位为3.58v~4.50v，还原电位为1.18v~1.90v。

7、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料中，以1mol所述电解质基体为基准，所述第二包覆层中的摩尔用量z满足0.01≤z≤0.2；和/或，所述卤化物电解质材料的xrd谱图在2θ为13.5°±0.5°、25°±0.5°、26.5°±0.5°、28°±0.5°、32°±0.5°、33.5°±0.5°、46°±0.5°、51.5°±0.5°处存在衍射峰。

8、根据本申请的一实施方式，以1mol所述电解质基体为基准，所述第二包覆层中的摩尔用量z满足0.01≤z≤0.05。

9、本申请还提供一种卤化物电解质材料的制备方法，包括以下步骤：对电解质基体和稀土锂盐进行第一球磨处理，在所述电解质基体的表面形成第一包覆层，得到所述卤化物电解质材料；所述电解质基体包括非晶态钽基卤化物电解质，所述稀土锂盐包括；其中，0≤a≤0.3，0≤b≤0.1，x包括f、cl、br、i中的至少两种卤族元素，z包括o、s、se中的至少一种元素。

10、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料的制备方法中，所述第一球磨处理的转速为200rpm~300rpm，时间为3~10h；和/或，所述非晶态钽基卤化物电解质的制备方法包括：惰性气氛下，将包括锂源和钽源的混合物料进行第二球磨处理，得到所述非晶态钽基卤化物电解质；其中，所述锂源和所述钽源中的至少一者含有卤素。

11、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料的制备方法中，所述第二球磨处理的转速为600rpm~850rpm，时间为2~48h；和/或，所述锂源包括lif、licl、libr、lii、lioh、、中的一种或多种；和/或，所述钽源包括、tac中的一种或多种。

12、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料的制备方法还包括：经所述第一球磨处理后，得到球磨产物；将所述球磨产物与无机金属化合物混合后进行旋转加热，以在所述第一包覆层背离所述电解质基体的表面形成第二包覆层，得到所述卤化物电解质材料。

13、根据本申请的一实施方式，所述卤化物电解质材料的制备方法中，所述旋转加热的温度为60℃~150℃，时间为1~5h；和/或，所述旋转加热的转速为5rpm~300rpm。

14、本申请实施例还提供一种正极片，包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料、导电剂和固态电解质，所述固态电解质包括上述的卤化物电解质材料或由上述的制备方法制得的卤化物电解质材料。

15、本申请实施例还提供一种固态电解质膜，包括上述的卤化物电解质材料或由上述的制备方法制得的卤化物电解质材料。

16、本申请实施例还提供一种固态电池，包括正极片、负极片和固态电解质膜，所述固态电解质膜设置于正极片和负极片之间，所述正极片包括上述的正极片，所述固态电解质膜包括上述的固态电解质膜。

17、本申请提供一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用，通过非晶态钽基卤化物电解质与第一包覆层的协同设计，显著提升卤化物电解质材料电化学窗口、空气稳定性及与正、负极材料适配性。非晶态钽基卤化物电解质的无序结构降低了锂离子迁移势垒，同时避免晶界处的离子传输瓶颈；第一包覆层通过的引入及x元素的协同作用进一步拓宽了材料的电化学窗口。通过内核与包覆层的协同增效，本申请复合卤化物电解质兼具宽电化学稳定窗口及优异空气稳定性，适配全固态电池正极及固态电解质层使用，与正负极材料具备优良界面相容性，可显著改善全固态电池的循环稳定性与倍率充放电性能。

1.一种卤化物电解质材料，其特征在于，包括电解质基体和存在于所述电解质基体表面的第一包覆层；

2.根据权利要求1所述的卤化物电解质材料，其特征在于，以1mol所述电解质基体为基准，所述的摩尔量y满足0.01≤y≤0.5；

3.根据权利要求2所述的卤化物电解质材料，其特征在于，以1mol所述电解质基体为基准，所述的摩尔量y满足0.01≤y≤0.3；

4.根据权利要求1或2所述的卤化物电解质材料，其特征在于，所述卤化物电解质材料还包括位于所述第一包覆层背离所述电解质基体的一侧的第二包覆层；

5.根据权利要求4所述的卤化物电解质材料，其特征在于，以1mol所述电解质基体为基准，所述第二包覆层中的摩尔用量z满足0.01≤z≤0.2；

6.根据权利要求5所述的卤化物电解质材料，其特征在于，以1mol所述电解质基体为基准，所述第二包覆层中的摩尔用量z满足0.01≤z≤0.05。

7.一种权利要求1-6任一项所述的卤化物电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的卤化物电解质材料的制备方法，其特征在于，所述第一球磨处理的转速为200rpm~300rpm，时间为3~10h；

9.根据权利要求8所述的卤化物电解质材料的制备方法，其特征在于，所述第二球磨处理的转速为600rpm~850rpm，时间为2~48h；

10.根据权利要求7或8所述的卤化物电解质材料的制备方法，其特征在于，还包括：经所述第一球磨处理后，得到球磨产物；

11.根据权利要求10所述的卤化物电解质材料的制备方法，其特征在于，所述旋转加热的温度为60℃~150℃，时间为1~5h；

12.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体和正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料、导电剂和固态电解质，所述固态电解质包括权利要求1-6任一项所述的卤化物电解质材料或由权利要求7-11任一项所述的制备方法制得的卤化物电解质材料。

13.一种固态电解质膜，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的卤化物电解质材料或由权利要求7-11任一项所述的制备方法制得的卤化物电解质材料。

14.一种固态电池，其特征在于，包括正极片、负极片和固态电解质膜，所述固态电解质膜设置于正极片和负极片之间，所述正极片包括权利要求12所述的正极片，所述固态电解质膜包括权利要求13所述的固态电解质膜。