[發明專利]一種鋰離子電池用氧化物固態電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202011344211.9
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112467198B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 薛明喆;路萬征;張存滿
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/058;C04B35/622;C04B35/48
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 許耀

1.一種鋰離子電池用氧化物固態電解質的制備方法，其特征在于，

鋰離子電池用氧化物固態電解質為鈮元素摻雜的鋰鑭鋯氧陶瓷化合物，化學式為Li_7-xLa₃Zr_2-xNb_xO₁₂，0.4 ≤ x ≤ 0.7，具有純的、高結晶度的立方相結構，微觀形貌為微米級的橢球狀顆粒，且尺寸大、小不一的橢球狀顆粒交錯分布，小尺寸顆粒填充顆粒間的縫隙；

制備方法包括以下步驟：

S1：分別稱取含有鋯、鋰、鑭和鈮四種元素的化合物，添加到液相體系中，加熱、攪拌混合、烘干，獲得前驅體粉料；

S2：將前驅體粉料進行低溫短時煅燒，獲得蓬松的黑色混合物，然后將其研磨成粉，得到黑色混合物粉末；

S3：將黑色混合物粉末采用高溫長時二次煅燒，獲得白色混合物，將白色混合物多次壓制、碾碎、研磨，篩選出白色精細粉末，記為素胚母粉；

S4：將素胚母粉壓制成素胚電解質片，采用更高的溫度短時燒結，獲得鈮元素摻雜的鋰鑭鋯氧陶瓷化合物，即為所述的鋰離子電池用氧化物固態電解質；

步驟S1中，根據Li_7-xLa₃Zr_2-xNb_xO₁₂，0.4 ≤ x ≤ 0.7的成分組成，分別稱取含有鋯、鋰、鑭和鈮四種元素的化合物，且含有鋰的化合物過量10%~30%；加熱的溫度為60~80 ℃；

步驟S2中，低溫短時煅燒的條件為：400~500 ℃煅燒1.5~3小時；

步驟S3中，高溫長時二次煅燒的條件為：900~1000 ℃煅燒6~10小時，壓制的條件為：40~50 MPa壓力壓制5~20分鐘，采用目數≥ 200目的分樣篩篩選出白色精細粉末；

步驟S4中，更高的溫度短時燒結的條件為：1150~1300 ℃燒結10~120分鐘；將壓制成型的素胚電解質片完全埋于素胚母粉中，再采用更高的溫度短時燒結。

2.根據權利要求1所述的鋰離子電池用氧化物固態電解質的制備方法，其特征在于，步驟S1中，含有鋯元素的化合物具有酸根陰離子，含有鋰元素的化合物、含有鑭元素的化合物和含有鈮元素的化合物在水和所述的酸根陰離子對應的酸中的溶解能力逐漸減弱。

3.根據權利要求2所述的鋰離子電池用氧化物固態電解質的制備方法，其特征在于，步驟S1中，含有鋯元素的化合物為乙酸鋯。

4.根據權利要求2所述的鋰離子電池用氧化物固態電解質的制備方法，其特征在于，步驟S1中，將含有鋯、鋰、鑭和鈮四種元素的化合物添加到液相體系中時，先將含有鋯元素的化合物和含有鋯元素的化合物的酸根陰離子對應的酸混合，然后添加含有鋰元素的化合物，再添加含有鑭元素的化合物，最后添加含有鈮元素的化合物。

5.根據權利要求4所述的鋰離子電池用氧化物固態電解質的制備方法，其特征在于，添加含有鑭元素的化合物的時機為含有鋯和鋰元素的混合溶液為無氣泡的澄清溶液時，添加含有鈮元素的化合物的時機為含有鋯、鋰和鑭元素的混合溶液為均勻乳白色或澄清溶液時。