[發明專利]一種堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體及其制備方法

在審

• 申請號: 202010141713.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111392773A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 唐浩林;朱泰洋;李丹鵬;林文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G25/00
• 分類號: C01G25/00;H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇;官群

本發明涉及一種堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體及其制備方法，該粉體化學式為Li_7+2aLa_3?aM_aZr₂O₁₂，0a≤0.2，晶體結構為立方相；所述堿金屬M為鉀、銣、銫中的一種。本發明提供的堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體純度高、晶粒尺寸小并且粒徑分布窄，分散性好，更夠更好地應用于復合固態電解質中。另外，本發明提供的制備方法工藝簡單，重復性好，并且燒結溫度低(標準的立方相石榴石晶體一般固相燒結溫度在1100?1300℃)，更節能環保，易于工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體及其制備方法。

背景技術

Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)是一種石榴石型氧化物固體電解質，具有高鋰離子傳導率(～10^-3S/cm)，對金屬鋰具有高化學穩定性，以及高于5V的高電化學窗口，因此，它是全固態鋰離子電池最有前景的固體電解質之一。但是目前限制石榴石結構固體電解質應用于鋰離子電池中的主要原因是其電導率仍較液態聚合物電解質低。因此提升鋰鑭鋯氧的性能非常關鍵。

專利CN108417889A公布了一種鋰鑭鋯氧基氧化物粉體的制備方法，將可溶性乙酸鋰作為鋰源，采用水作為溶劑介質，采用高比表面的ZrO₂作為鋰鹽的包覆模板，通過簡單的機械球磨和干燥煅燒方式制備LLZ0粉體。該方法有利于降低晶粒尺寸，并且有利于降低煅燒溫度，制得的LLZ0粉體的晶粒尺寸為納米級、物相單一，但是其粒度分布不均勻。專利CN109678205A公布了以LiNO₃和La(N0₃)₃、酮酸鋯等為原料，經過制備溶膠凝膠及在1000℃以下焙燒的方法獲得高純度LLZO粉體材料，該方法所得粉體材料粒度不理想，使用前需球磨。

目前廣泛用于復合固態電解質的鋰鑭鋯氧粉體材料粒徑在1μm左右，粒徑分布范圍寬，晶粒尺寸不夠小，不利于其在柔性復合固態電解質中的應用。因此制備納米級鋰鑭鋯氧，促進復合固態電解質的發展至關重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種粒徑小、粒徑分布窄的堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

提供一種堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體，其化學式為Li_7+2aLa_3-aM_aZr₂O₁₂，0a≤0.2，晶體結構為立方相；

所述堿金屬M為鉀、銣、銫中的一種。

按上述方案，所述堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體平均粒徑為100～1000nm。

其中一個案例是，所述堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體粒徑分布在250～1000nm之間，D₅₀為524nm，D90為750nm。

本發明還提供上述堿金屬摻雜石榴石型鋰鑭鋯氧粉體的制備方法，其步驟如下：

1)將鋰源化合物、鑭源化合物、鋯源化合物及含堿金屬M的化合物按化學式Li_7+2aLa_3-aM_aZr₂O₁₂配料，備用，其中0a≤0.2；

2)將鋰源化合物、鑭源化合物、鋯源化合物分散于含表面活性劑的混合液中得到乳液A；

3)將含堿金屬M的化合物分散于含表面活性劑的混合液中得到乳液B；