[發明專利]一種快速合成Li7

在審

• 申請號: 202011173129.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112279643A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 譚剛健;黎俊;唐新峰;張加旭;翟慧宇
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;H01M10/0525;H01M10/0562
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明提供了一種快速合成Li₇La₃Zr₂O₁₂基陶瓷固體電解質的方法，屬于鋰離子電池固態電解質制備的技術領域，在5~10 min內制備單相立方結構Li₇La₃Zr₂O₁₂粉體，具有制備時間短，工藝簡單，適合規模化生產等優點，與傳統的長時間固相反應相比，能夠極大減少制備成本。

技術領域

本發明涉及一種快速和成Li₇La₃Zr₂O₁₂基化合物以及固體電解質的方法，屬于鋰離子電池材料的制備技術領域。

背景技術

隨著現代社會各種各樣的便攜式移動電子產品的迅速發展，從上個世紀至今鋰離子電池作為高性能的儲能器件受到人們的極大關注。特別是在電動汽車領域，鋰離子電池作為新一代動力電源，正在改變單一傳統化石燃料驅動的方式，受到科研人員的廣泛關注。這些電池獲得廣泛應用的前提是具有高能量密度和高安全性。當前廣泛使用的液態鋰電池大多采用有機電解液，存在易燃，易揮發，易泄漏及有毒等安全問題，難以滿足目前的應用。可充電全固態電池被認為是下一代可替換液態鋰電池的高性能電池，具備高能量密度，高功率密度及高安全性等諸多潛在優點。固態電解質作為全固態電池的核心材料，必須具有較高的鋰離子電導率(0.1mS/cm，室溫下)、良好的化學穩定性，較高的能量密度和分解電壓，同時與金屬鋰的潤濕性較好，具有低的界面阻抗。

石榴石結構的Li₇La₃Zr₂O₁₂是一種理想的固態電解質材料，與金屬鋰具有較好的相容性。它具有四方相和立方相兩種穩定相。研究發現，立方相的鋰離子電導率(～10^-3S/cm)比四方相的鋰離子電導率(～10^-6S/cm)高3個數量級。此外，四方相在空氣中不穩定(100～150℃發生相變)，而立方相在空氣中具有很好的穩定性。自2007年Weppner課題組首次報道固態電解質Li₇La₃Zr₂O₁₂至今，有大量的相關工作圍繞提高其立方相離子電導率及電化學穩定性展開。固溶和摻雜是兩種普遍使用以提高電解質材料離子電導率的方法，在Li位摻入Al/Ga能夠引入Li空位，提高鋰離子電導率，同時穩定其立方結構。

傳統固相反應方法是目前制備Li₇La₃Zr₂O₁₂固體電解質的主要方法，通過以下步驟制備：球磨混合原料，通過多步長時間高溫固相反應制備立方結構Li₇La₃Zr₂O₁₂，球磨后壓片成型，覆蓋與母粉中后置于馬弗爐中長時間(8～12h)無壓燒結后獲得塊體材料。需要長時間的高溫熱處理工藝(1200℃，～35h)，易造成Li元素的揮發，實際生產中一般加入過量10～15％wt的Li₂CO₃補償Li元素，該方法具有高的能耗。

發明內容

針對傳統制備方法周期長、能耗高、Li揮發嚴重的問題，本發明首次采用快速反應合成得到單相立方結構Li₇La₃Zr₂O₁₂基化合物，再結合熱壓技術，超短時間內合成單相立方結構Li₇La₃Zr₂O₁₂基固體電解質。

本發明為解決上述問題采用的技術方案為：

一種快速合成Li₇La₃Zr₂O₁₂基化合物的方法，包括如下步驟：