[發(fā)明專利]一種利用流變相反應(yīng)制備鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的方法

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• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109638348A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何會兵;高秀玲;李文文;從長杰;王馳偉;郭春泰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津市捷威動力工業(yè)有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 王雨杰

本發(fā)明提供了一種利用流變相反應(yīng)制備鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的方法，包括如下步驟：(1)按照摩爾比為鋰離子：鑭離子：鋯離子＝7：3：2的比例稱取鋰源化合物、鑭源化合物和鋯源化合物，備用；(2)將步驟(1)稱取備用的鋰源化合物、鑭源化合物和鋯源化合物混合均勻，加入溶劑，利用高速球磨機(jī)調(diào)制成黏稠狀，得到流變態(tài)前驅(qū)體；(3)將步驟(2)中得到的流變態(tài)前驅(qū)體在空氣氣氛下鍛燒，研磨，即可制得LLZO固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明的反應(yīng)系統(tǒng)中有流變相參與，固體顆粒與流體接觸均勻，不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，所需的合成溫度較低，能源消耗少，不需要加入過量的鋰源，節(jié)約了資源和成本，且操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用流變相反應(yīng)制備鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的方法。

背景技術(shù)

自從上世紀(jì)九十年代，日本索尼公司商業(yè)化鋰離子電池以來，鋰離子電池由于其較高的能量密度和功率密度，在3C類電子消費(fèi)產(chǎn)品、電動汽車、智能儲能電網(wǎng)以及其他特殊領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的市場和應(yīng)用。

目前在市場上廣泛使用的鋰離子電池主要采用的是液態(tài)電解液，這些液態(tài)電解液的溶劑為易燃易爆的有機(jī)溶劑以及具有一定的流動性，這給鋰離子電池的使用帶來了安全隱患，電池在某些條件下會引發(fā)熱失控從而引發(fā)安全事故，造成人身傷害與經(jīng)濟(jì)損失。于此同時(shí)，鋰離子電池的寬溫度范圍(極端低溫或高溫)性能較差，且機(jī)械性能較差不適用于柔性電池領(lǐng)域，現(xiàn)有的鋰離子電池技術(shù)受到了嚴(yán)峻的限制和挑戰(zhàn)。

針對上述問題，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為使用全固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池是種較好的解決方案。同現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)電池中完全不含電解液，固態(tài)電解質(zhì)由于自身獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，可以杜絕漏液與燃燒爆炸等安全事故，同時(shí)固態(tài)電解質(zhì)由于良好的熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械穩(wěn)定性，使其能夠在極端苛刻的環(huán)境條件下使用。然而，目前固態(tài)電池最大的問題也是其核心材料固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)最大的問題是其室溫下電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致其動力學(xué)性能較差，無法與現(xiàn)有的鋰離子電池動力學(xué)性能相媲美。因此，尋找并合成應(yīng)用于固態(tài)電池的具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料成為關(guān)鍵問題。

在被報(bào)道的諸多固態(tài)電解質(zhì)材料中，具有立方結(jié)構(gòu)的石榴石型鋰鑭鋯氧是一種非常具有應(yīng)用前景的材料，其化學(xué)分子式一般為Li₇La₃Zr₂O₁₂(后面簡稱LLZO)。在室溫條件下，該材料的離子導(dǎo)電率可以高達(dá)10^-3S/cm，已經(jīng)接近實(shí)用化量級。此外，LLZO固態(tài)電解質(zhì)與其他類固態(tài)電解質(zhì)相比，LLZO還具有十分良好的熱穩(wěn)定性、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性、較低的界面電阻，逐漸成為固態(tài)電池中最具潛力的固態(tài)電解質(zhì)之一。

目前合成LLZO固態(tài)電解質(zhì)的方法主要有固相法、溶膠-凝膠法和微波輔助合成法等。在這些合成方法中，固相法合成溫度較高，鋰元素容易揮發(fā)，需要加入過量的鋰源，造成能源和原料的浪費(fèi)，且由于混合不均勻，合成產(chǎn)物容易形成雜相。溶膠-凝膠法是一種液相合成方法，且合成過程中需要引入有機(jī)配位螯合劑和醇類有機(jī)溶劑，制備過程繁瑣，合成成本較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大。微波輔助法輻射較大，合成量小，也難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種利用流變相反應(yīng)制備鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的方法，該方法的反應(yīng)系統(tǒng)中有流變相參與，固體顆粒與流體接觸均勻，不會出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象，所需的合成溫度較低，能源消耗少，不需要加入過量的鋰源，節(jié)約了資源和成本，且操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種利用流變相反應(yīng)制備鋰鑭鋯氧固態(tài)電解質(zhì)的方法，包括如下步驟：

(1)按照摩爾比為鋰離子：鑭離子：鋯離子＝7：3：2的比例稱取鋰源化合物、鑭源化合物和鋯源化合物，備用；

(2)將步驟(1)稱取備用的鋰源化合物、鑭源化合物和鋯源化合物混合均勻，加入溶劑，利用高速球磨機(jī)調(diào)制成黏稠狀，得到流變態(tài)前驅(qū)體；