[發(fā)明專利]一種球形鋰鑭鋯氧粉體材料及其制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010624173.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111732432B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林德寶;李智;田琰;彭沖;劉歡;宋錫濱
• 申請（專利權(quán)）人: 上海國瓷新材料技術(shù)有限公司
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;C04B35/638;H01M10/056;H01M10/0562;H01M10/058
• 代理公司: 北京智橋聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11560
• 代理人: 江莉莉

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰鑭鋯氧基氧化物材料，更具體涉及一種球形鋰鑭鋯氧粉體材料，并進(jìn)一步公開其制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明所述球形鋰鑭鋯氧粉體，包括Li₇La₃Zr₂O₁₂基體陶瓷，以及含鋁、釔、鈮、鉬、銻、鉭、鎢中的至少一種等摻雜元素的化合物，所述球形鋰鑭鋯氧粉體的粒徑為20?80μm，其晶型為純立方相粉體，物相單一性好；同時，球狀的外形有利于粉體的分散與滑動，即便在高填充(30wt％以上)的含量下，依然具有低粘度、高離子電導(dǎo)率的性能，可用于制備高填充量復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料之用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰鑭鋯氧基氧化物材料，更具體涉及一種球形鋰鑭鋯氧粉體材料，并進(jìn)一步公開其制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其能量密度高、使用壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品以及新能源電動車等儲能設(shè)備，并引起了廣泛關(guān)注。在鋰離子電池幾大元件中，電解質(zhì)作為鋰離子電池不可或缺的組成部分，很大程度上決定了鋰離子電池的性能。

目前，商業(yè)鋰離子電池使用的電解質(zhì)主要以液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)為主，盡管其具有較高的離子導(dǎo)電率，但卻存在易泄露、易腐蝕、高溫易分解等缺點，并由此帶來的自燃、爆炸等安全隱患不容小覷；同時，在充放電過程中，液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)極易在電極材料表面形成鋰枝晶等，更限制了其在化學(xué)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。因此，采用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解液，對開發(fā)高安全性、高能量密度、寬溫度使用范圍的全固態(tài)鋰電池具有十分重要的意義。

目前已開發(fā)的固態(tài)電解質(zhì)材料中，石榴石型結(jié)構(gòu)的Li₇La₃Zr₂O₁₂(簡稱LLZO)材料因具有較高的離子導(dǎo)電率、較低的界面電阻、優(yōu)良的穩(wěn)定性能(與金屬鋰接觸穩(wěn)定)和電化學(xué)性能(電化學(xué)窗口高達(dá)6V)，逐漸成為了最具潛力的固態(tài)電解質(zhì)材料之一。據(jù)報道，LLZO存在兩種晶體結(jié)構(gòu)，分別是立方結(jié)構(gòu)和四方結(jié)構(gòu)：由于四方相中鋰離子呈高度有序化排布，鋰離子的遷移表現(xiàn)出多個離子同步遷移的特性，導(dǎo)致離子遷移困難；而立方相中鋰離子位置被部分占據(jù)，使得晶體中存在著大量隨機(jī)分布的鋰離子空位，鋰離子表現(xiàn)出單個躍遷特性，遷移較容易。因此，立方相LLZO的電導(dǎo)率要高于四方相的LLZO，也成為固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用的典型材料，并引起了對純相立方相LLZO粉體的研究。

傳統(tǒng)的無機(jī)電解質(zhì)的制備方法主要以高溫固相法為主，具有產(chǎn)量大、制備工藝簡單等優(yōu)點，但也容易造成Li損失而引入雜相，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、粉體燒結(jié)性能較差，進(jìn)而降低電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。因此，如何通過優(yōu)化煅燒工藝以制備出完美的純相立方相LLZO粉體，受到了研究者們的廣泛關(guān)注。

除此之外，由于無機(jī)固體電解質(zhì)很難制成致密、均勻的電解質(zhì)膜，以及與電極材料間的潤濕性較差、界面阻抗較大，從而阻礙鋰離子傳輸、導(dǎo)致電池性能下降。而將無機(jī)固體電解質(zhì)添加到聚合物中以制備無機(jī)/有機(jī)復(fù)合電解質(zhì)，既改善了無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用不足，還可以利用聚合物固體電解質(zhì)的低密度、易加工、韌性好等優(yōu)點，是開發(fā)無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用潛力以及推動全固態(tài)鋰電池發(fā)展的理想解決方案。因此，現(xiàn)有技術(shù)一般通過增加無機(jī)電解質(zhì)的含量(30wt％以上)來增強(qiáng)鋰離子的遷移率，才能獲得高離子電導(dǎo)率(10^-4S/cm)的無機(jī)/有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。然而，這往往導(dǎo)致材料本身的加工性能和機(jī)械性能變差。

因此，如何實現(xiàn)無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的高填充量(30wt％以上)，同時又不損害復(fù)合電解質(zhì)的綜合性能，也是固態(tài)電解質(zhì)體系亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，具有積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種球形鋰鑭鋯氧粉體材料，所述粉體材料為純相立方相晶體結(jié)構(gòu)，呈球形形貌，具有較好的電導(dǎo)率和分散性等性能；

本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題在于由上述球形鋰鑭鋯氧粉體所制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，在具有較高的離子電導(dǎo)率基礎(chǔ)上，也獲得了良好的力學(xué)性能。