一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及储能，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、随着新能源汽车、规模化储能及高端电子设备的快速发展，锂离子电池对能量密度、安全性及循环寿命提出了更高要求。相比传统液态锂离子电池，全固态电池采用固态电解质替代易燃易挥发的有机液态电解液，具有更高的本征安全性、更宽的工作温度范围以及与高比容量负极、高电压正极兼容的潜力，被认为是下一代高性能储能技术的重要发展方向。固态电解质作为全固态电池中锂离子传输的核心介质，其性能直接影响电池的离子传输效率、界面稳定性、倍率性能及循环寿命，是决定全固态电池综合性能的关键材料。

2、目前，固态电解质主要包括氧化物电解质、硫化物电解质、聚合物电解质及卤化物电解质等技术路线。其中，近年来发展的卤化物电解质兼具较高离子电导率、较好的正极兼容性，已成为全固态电池领域的重要研究方向。然而，现有卤化物电解质仍普遍存在电化学窗口有限、离子电导率和空气稳定性有待进一步提高等问题。以上问题限制了活性正极材料容量的完全发挥，导致电池在高电流密度离子传输受限及循环过程中容量衰减，难以满足高功率、高能量密度全固态电池的应用需求。

3、因此，开发一种高离子电导率、宽电化学窗口、优异空气稳定性的卤化物固态电解质材料，进一步提升全固态电池的综合性能，已成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种卤化物电解质材料，具有高离子电导率、宽电化学窗口和优异空气稳定性。

2、本发明提供一种卤化物电解质材料的制备方法，通过该方法得到的材料具有高离子电导率、宽电化学窗口和优异空气稳定性。

3、本发明提供一种电解质膜，具有高离子电导率、宽电化学窗口和优异空气稳定性。

4、本发明提供一种极片，具有高离子电导率、宽电化学窗口和优异空气稳定性。

5、本发明提供一种电池，能量密度、倍率性能以及安全性有所提升。

6、本发明提供一种用电设备，续航、充放电速度及安全性有所提升。

7、第一方面，本发明提供一种卤化物电解质材料，包括：

8、（1-x）liaq·xli2o·ytacl5·zmbqc；其中，0

9、m为ta、nb、w、al、ga中的至少一种，q为f、cl、br、i、s、n中的至少一种。

10、在一个可能的实施例中，如上述的材料，包括cmc21晶相和fm-3m晶相，所述cmc21晶相和所述fm-3m晶相在所有晶相中质量分数大于90%。

11、在一个可能的实施例中，如上述的材料，所述电解质材料为直径为1-3μm，长度为5-20μm的棒状颗粒。

12、第二方面，本发明提供一种本发明第一方面任一项电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

13、将包括锂源、钽源、m源及氧源的原料体系进行一段退火处理，得到卤化物电解质前驱体；

14、将所述卤化物电解质前驱体进行二段退火处理，得到所述卤化物电解质材料；

15、所述一段退火处理温度为120-230℃，时间为2-8h；所述二段退火处理温度为230-260℃，时间为3-10h。

16、在一个可能的实施例中，如上述的方法，所述一段退火处理在惰性气体氛围下进行，所述惰性气体氛围包括氮气、氩气中的至少一种；

17、所述二段退火处理在混合气体氛围下进行，所述混合气体氛围包括氮气、氩气中的至少一种，且氩气与氮气合计体积分数为90-95%，其余为氧气、臭氧中的至少一种。

18、在一个可能的实施例中，如上述的方法，所述锂源为licl、lioh、li2o、li2o2、licl·h2o、li2s、li3n中的至少一种。

19、在一个可能的实施例中，如上述的方法，所述m源为alcl3、gacl3、wcl5、wcl6、nbcl5、tacl5中至少一种。

20、在一个可能的实施例中，如上述的方法，所述氧源为li2o、li2o2、licl·h2o、alcl3·6h2o、al(oh)3中的至少一种。

21、在一个可能的实施例中，如上述的方法，所述一段退火处理前，还对所述原料体系进行第一预混料处理，所述二段退火处理之前，还对所述卤化物电解质前驱体进行第二预混料处理。

22、第三方面，本发明提供一种电解质膜，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。

23、第四方面，本发明提供一种极片，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。

24、第五方面，本发明提供一种电池，包括本发明第三方面所述电解质膜，或本发明第四方面所述极片。

25、在一个可能的实施例中，所述电池为固态电池，所述固态电池包括固态电解质层，所述固态电解质层中的固态电解质材料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。

26、第六方面，本发明提供一种用电设备，包括本发明第五方面所述电池。

27、本发明提供一种卤化物电解质材料及其制备方法和应用。通过构建多元卤化物电解质体系，利用li2o引入适量氧元素，对卤化物晶体结构进行调控，优化锂离子的局部配位环境及迁移通道。同时，m元素与q元素协同调节材料的晶格结构及化学键环境，提高电解质在高电压条件下的抗氧化能力，从而拓宽电化学稳定窗口。进一步地，氧元素与高价m元素共同作用，提高材料对湿空气环境的耐受能力，降低材料在湿空气中的分解倾向。通过各组分组成及比例的协同优化，本发明兼顾了高离子电导率、宽电化学窗口及优异空气稳定性，满足高性能电池材料的应用需求。

1.一种卤化物电解质材料，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，包括cmc21晶相和fm-3m晶相，所述cmc21晶相和所述fm-3m晶相在所有晶相中质量分数大于90%。

3.根据权利要求1或2所述的电解质材料，其特征在于，所述电解质材料为直径为1-3μm，长度为5-20μm的棒状颗粒。

4.一种权利要求1-3任一项所述电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一段退火处理在惰性气体氛围下进行，所述惰性气体氛围包括氮气、氩气中的至少一种；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锂源为licl、lioh、li2o、li2o2、licl·h2o、li2s、li3n中的至少一种；和/或，

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一段退火处理前，还对所述原料体系进行第一预混料处理，所述二段退火处理之前，还对所述卤化物电解质前驱体进行第二预混料处理。

8.一种电解质膜，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述电解质材料，或通过权利要求4-7任一项所述方法得到的所述电解质材料。

9.一种极片，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述电解质材料，或通过权利要求4-7任一项所述方法得到的所述电解质材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求8所述电解质膜，或权利要求9所述极片。

11.根据权利要求10所述的电池，其特征在于，所述电池为固态电池，所述固态电池包括固态电解质层，所述固态电解质层中的固态电解质材料包括权利要求1-3任一项所述电解质材料，或通过权利要求4-7任一项方法得到的所述电解质材料。

12.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求10或11所述电池。