[發明專利]一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質及制備方法

有效

• 申請號: 202011068151.2
• 申請日: 2020-10-08
• 公開（公告）號: CN112194372B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 宋世棟;許永強;張德權;趙寧波;秦旭輝;李婉君;阮艷莉;梅東海
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C03C10/00
• 分類號: C03C10/00;H01M10/0562
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

本發明公開了一種玻璃?陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質及制備方法，步驟：將醇鋰加入到乙二醇甲醚中，再按Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂的化學計量比加入醇鋯、有機鑭鹽和醇鉭，攪拌使固體溶解，再加入水，加熱，攪拌，至溶液呈凝膠狀，停止加熱和攪拌得凝膠LLZTO；將晶體LLZTO加入到凝膠LLZTO中，攪拌均勻為漿料；將漿料滴在基底上，旋涂，得到涂有漿料的基底；置于馬弗爐中，升至500?700℃保溫1?30min，自然降溫至室溫；得到玻璃?陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質。本發明的方法顯著降低生產能耗，煅燒溫度低，時間短。操作簡單，生產效率高，室溫電導率可以達到10^?5S/cm。

技術領域

本發明屬于新型能源技術領域，具體地涉及一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質及制備方法。

背景技術

由于化石能源瀕臨枯竭，且對環境生態會造成污染，研究和開發具有高比能量和環境友好的新型能源技術備受關注。鋰離子電池相比其他二次電池具有更高的比能量，已經在便攜式用電設備和電動車的動力電源中得到廣泛應用。此外，由于使用液態有機電解質，在極端條件下可能引起電池的燃燒和爆炸。使用固態電解質替代液態有機電解液，可以使鋰離子電池避免安全性問題，且配合鋰金屬負極和高電壓正極材料，可以實現更高的比能量和更長的充放電循環壽命。固態石榴石型LLZTO電解質具有電導率高、金屬鋰穩定等優點。但由于其制備溫度高(約1200℃)耗時長(24-36h)且在高溫下制備薄層難度大，電解質中存在晶界，循環過程中也會生長出鋰枝晶導致電池短路，在生產和應用中受到諸多限制。

中國專利CN110137567A指出通過將不同粒徑大小前驅體粉末混合，使其在壓片過程中可以更加緊密結合起來以達到低溫下生產出致密的石榴石電解質。但其燒結溫度仍然達到1100℃,燒結時間15h。

中國專利CN111430787A利用磁控濺射技術將石榴石電解質作為靶材濺射層薄膜電解質，不僅技術要求高，且室溫電導率只能到10^-7S/cm。

中國專利CN111183543A公開了陶瓷-聚合物復合薄膜電解質，雖然能夠制成薄膜電解質，但是其制備過程繁瑣且依然含有易燃有機物，在安全性上依然存在隱患。因此，亟需一種低溫快速的、制備過程安全的一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質的制備方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質。

本發明的第二個目的是提供一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質的制備方法。

本發明的技術方案概述如下：

一種玻璃-陶瓷復合薄膜固態石榴石電解質的制備方法，包括如下步驟：

(1)按摩爾比為1:(50～500)的比例，將醇鋰加入到乙二醇甲醚中，再按Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂的化學計量比加入醇鋯、有機鑭鹽和醇鉭，攪拌使固體溶解，再加入相當于鋰離子0.1～20摩爾倍的水，加熱至30℃～150℃，攪拌，至溶液呈凝膠狀，停止加熱和攪拌；所述凝膠狀Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂簡稱為凝膠LLZTO；

(2)將簡稱為晶體LLZTO的納米石榴石型Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂立方晶體納米粉末加入到凝膠LLZTO中，所述晶體LLZTO與凝膠LLZTO的摩爾比為(1-100):100，攪拌均勻為漿料；