【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子固态电池，具体涉及一种氟化固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、全球电动化的趋势对传统锂离子电池在安全性、能量密度和工作温度方面提出了严格的要求。与传统锂离子电池不同，采用非易燃固态电解质的全固态锂电池具有增强的安全性能、使用金属锂作为负极、宽工作温度范围和减少包装要求等优点，成为下一代电池技术的有希望候选者。作为非易燃固态电解质中的关键组件，在这个研究领域中占据着重要地位。迄今为止，一些硫化物电解质(如li10gep2s12)已经达到了令人印象深刻的高离子导电率，超过10ms cm-1，但大部分都存在着窄窗电化学窗口和与普遍正极材料如licoo2(lco)不兼容等问题。为了解决这些问题，现有已开发出了一系列卤素固态电解质，并展示出竞争力强的离子导电率(>1ms cm-1)以及与无涂层4v级正极材料良好的电化学稳定性。
2、尽管取得了这些进展，对更高能量密度需求日益增长推动着对更高工作电压的追求。例如，在充至4.2v时，传统lco阴极只能提供约120mah g-1的容量；而改进后具有较高工作电压4.5v的lco阴极可以实现约180mah g-1的容量。然而，大多数先前报道的卤素se仅能提供约4.2-4.3v vs li+/li的有限截止电压，因为当超过此水平时会被氧化并可能形成金属氯化物和cl2。理论计算表明，与其他卤化物、氧化物和硫化物相比，氟化物具有更优异的抗氧化稳定性，其稳定性甚至超过6v vs li+/li。这是因为氟具有最强的电负性，使其能够抵抗氧化作用。同时，在原位形成的
3、然而，氟化物固态电解质(ses)的氟化仍然面临挑战。尽管有预测称一些氟化物可能具有高锂离子导电性，但迄今为止还没有开发出实用的氟化物固态电解质。大多数报道的氟化物固态电解质都存在低离子导电性(<10-2ms cm-1)的问题，可能是因为f-和li+之间强烈的离子键阻碍了li+在晶体结构中的移动能力。即使那些部分掺杂f-离子的双卤素固态电解质也只能达到不足够水平(10-1ms cm-1)的导电性。此外，虽然一些经过氟化处理的陶瓷固态电解质表现出增强的电化学稳定性，但使用4.5v lco等高压正极在具有满意性能的全固态锂硫二次电池中应用很少见到报道。
4、因此，亟待开发一种新的氟化固态电解质用于锂离子固态电池中。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的第一目的在于提供一种氟化固态电解质的制备方法；本专利技术的第二目的在于提供该制备方法制备获得的氟化固态电解质；本专利技术的第三目的在于提供该氟化固态电解质在制备锂离子固态电池中的应用；本专利技术的第四目的在于提供包含氟化固态电解质和无涂层高压lco正极材料的全固态锂电池。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案得以实现：
3、一方面，本专利技术提供一种氟化固态电解质的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
4、步骤一，将五氟化钽粉末和氧化锂粉末混合，在惰性气体氛围的手套箱中进行球磨处理，得到球磨产物；
5、步骤二，将球磨产物进行煅烧处理，煅烧后的产物冷却得到氟化固态电解质。
6、本专利技术制备方法中，采用氧化锂和五氟化钽复合固态电解质，在对高压平台的电化学稳定性方面表现出显著的改善，同时仍具有2.3ms cm-1的高离子电导率；此外能够原位形成的富含lif的cei膜，进一步保护正极。
7、上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述球磨处理采用氧化锆球，所述氧化锆球置于所述手套箱中，与五氟化钽粉末和氧化锂粉末混合。
8、本专利技术制备方法中，以氧化锆作为固态电解质的载体，通过限定的配比，调控氟化物的比例，进而在氧化锆表面形成可控的的氟化锂层，诱导sei膜良性生长。
9、上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述五氟化钽粉末与所述氧化锂粉末的摩尔比为(0.05～0.2)：(0.05～0.25)。
10、上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述氧化锆球的质量与所述五氟化钽粉末和所述氧化锂粉末的总质量的比值为30～40。
11、上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述球磨处理的球磨机转速为450～550rpm，球磨时间至少10h。
12、上述的制备方法中，优选地，在步骤一中，所述惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的一种或多种的组合。
13、上述的制备方法中，优选地，在步骤二中，所述煅烧是在石英管中进行，以4～6℃/min的速率加热至550～600℃，在此温度下退火保温至少5h。
14、另一方面，本专利技术还提供一种氟化固态电解质，其是采用上述的制备方法制备得到的。
15、再一方面，本专利技术还提供上述的氟化固态电解质在制备锂离子固态电池中的应用。
16、再一方面，本专利技术还提供一种全固态锂电池，其包括上述的氟化固态电解质和无涂层高压lco正极材料。该全固态锂电池在2.6～4.5v vs li+/li的电压范围内实现了高性能，包括180mah g-1的高容量和300次循环后81％的良好容量保持率。
17、本专利技术的有益效果：
18、(1)本专利技术制备方法中，采用氧化锂和五氟化钽复合固态电解质，在对高压平台的电化学稳定性方面表现出显著的改善，同时仍具有2.3ms cm-1的高离子电导率；此外能够原位形成的富含lif的cei膜，进一步保护正极。
19、(2)本专利技术制备方法中，以氧化锆作为固态电解质的载体，通过限定的配比，调控氟化物的比例，进而在氧化锆表面形成可控的氟化锂层，诱导sei膜良性生长。
20、(3)采用本专利技术的氟化固态电解质和无涂层高压lco正极材料制备的全固态锂电池在2.6～4.5v vs li+/li的电压范围内实现了高性能，包括180mah g-1的高容量和300次循环后81％的良好容量保持率。
21、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种氟化固态电解质的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述球磨处理采用氧化锆球，所述氧化锆球置于所述手套箱中，与五氟化钽粉末和氧化锂粉末混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述五氟化钽粉末与所述氧化锂粉末的摩尔比为(0.05～0.2)：(0.05～0.25)。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述氧化锆球的质量与所述五氟化钽粉末和所述氧化锂粉末的总质量的比值为30～40。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述球磨处理的球磨机转速为450～550rpm，球磨时间至少10h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述煅烧是在石英管中进行，以4～6℃/min的速率加热至550～600℃，在此温度下退火保温至少5h。
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。