用于储能应用的固体电解质

技术特征：
1.具有尖晶石结构和根据通式(i)的组成的固体材料：li
a
ax4ꢀꢀꢀ
(i)其中x选自由如下组成的组：cl、f、br和i，(a)a是m1
b
m2
c
其中m1是第一三价金属且m2是不同于m1的第二三价金属0.1≤b≤0.80≤c≤0.70.6≤(b c)≤0.8a＝4-3(b c)(b)a是m1
d
m3
e
其中m1是三价金属且m3是二价金属0.3≤d≤0.80.2≤e≤0.70.9≤(d e)≤1.1a＝4-3d-2e。2.根据权利要求1所述的固体材料，其具有根据通式(ia)的组成：li
a
m1
b
m2
c
x4ꢀꢀꢀ
(ia)其中0.6≤b≤0.8c＝0a＝4-3bm1是选自由sc、al、in和y组成的组的三价金属。3.根据权利要求1所述的固体材料，其具有根据通式(ia)的组成：li
a
m1
b
m2
c
x4ꢀꢀꢀ
(ia)其中0.1≤b≤0.70.1≤c≤0.70.6≤(b c)≤0.8a＝4-3(b c)m1和m3是选自由sc、al、in和y组成的组的不同三价金属。4.根据权利要求1所述的固体材料，其具有根据通式(ib)的组成：li
a
m1
d
m3
e
x4ꢀꢀꢀ
(ib)其中m1是选自由sc、al、in和y组成的组的三价金属且m3是选自由mg、ca和zn组成的组的二价金属0.3≤d≤0.80.2≤e≤0.70.9≤(d e)≤1.1
a＝4
–
3d-2e。5.根据权利要求1-4中任一项所述的固体材料，其中x是cl。6.制备根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料的方法，所述方法包括以下步骤a)制备或提供包含如下前体的反应混合物：(1)lix(2)化合物m1x3，其中m1是三价金属和任选地(3)选自由如下组成的组的化合物：化合物m2x3，其中m2是不同于m1的三价金属，以及化合物m3x2，其中m3是二价金属其中在各前体中，独立于其他前体，x选自由cl、f、br、i组成的组其中在所述反应混合物中，元素li、m1、x或li、m1、x与m2和m3中的一个的摩尔比符合通式(i)；b)使反应混合物在300℃至700℃的温度范围内热处理30小时至100小时的总持续时间，使得形成反应产物，并冷却所获得的反应产物，使得获得具有根据通式(i)的组成的固体材料。7.根据权利要求6所述的方法，其中(i)反应混合物由前体(1)和(2)组成其中前体(2)是化合物m1x3，其中m1是选自由sc、al、in和y组成的组的三价金属其中在所述反应混合物中，元素li、m1和x的摩尔比符合通式(i)或(ii)反应混合物由前体(1)和(2)及(3)组成，其中前体(3)由如下组成化合物m2x3，其中m2是选自由sc、al、in和y组成的组的三价金属，条件是m2与m1不同或化合物m3x2，其中m3是选自由mg、ca和zn组成的组的二价金属，其中在所述反应混合物中，元素li、m1、x和m2或m3的摩尔比符合通式(i)。8.根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料作为电化学电池的固体电解质的用途，其中优选所述固体电解质是选自由阴极、阳极和隔膜组成的组的用于电化学电池的固体结构的组件。9.用于电化学电池的固体结构，其中所述固体结构选自由阴极、阳极和隔膜组成的组，其中所述固体结构包含根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料。10.根据权利要求9所述的固体结构，其中所述固体结构是包含含有如下的混合物的阴极：-阴极活性材料和-根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料-和选自由电子传导材料和结合剂组成的组中的一种或多种。11.根据权利要求10所述的固体结构，其中所述阴极活性材料选自由具有根据通式(ii)的组成的材料组成的组：li
1 t
[co
x
mn
y
ni
z
m
u
]
1-t
o2(ii)其中0≤x≤1
0≤y≤10≤z≤10≤u≤0.15m是一种或多种选自由al、mg、ba、b以及除ni、co和mn之外的过渡金属组成的组的元素，x y z u＝1-0.05≤t≤0.2其中根据通式(ii)的阴极活性材料含有ni和mn中的至少一种。12.电化学电池，包含根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料或如权利要求9-11中任一项所定义的固体结构。13.根据权利要求12所述的电化学电池，包括-阴极，包含涂覆有或覆盖有或嵌入有根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料的阴极活性材料-不含根据式(i)的固体材料的锂离子传导层-阳极。14.根据权利要求13所述的电化学电池，其中(a)包含根据权利要求1-5中任一项所述的固体材料的层夹在如下之间并与之直接接触：(b)包含阴极活性材料的层(c)不含根据式(i)的固体材料的锂离子传导层，其中所述锂离子传导层(c)与包含锂金属或包含锂的金属合金的阳极直接接触。15.根据权利要求13或14所述的电化学电池，其中所述不含根据式(i)的固体材料的锂离子传导层包含含锂硫化物、含锂氧硫化物、含锂氧磷酸盐和含锂氧磷氮化物中的一种或多种。

技术总结
描述了一种对锂离子具有离子传导性的锂过渡金属卤化物、一种制备它们的方法、它们作为电化学电池用固体电解质的用途和包含锂过渡金属卤化物的电化学电池。渡金属卤化物的电化学电池。渡金属卤化物的电化学电池。


技术研发人员：周来东 L
受保护的技术使用者：滑铁卢大学
技术研发日：2021.03.29
技术公布日：2022/11/11