[發明專利]一種固態鋰離子電池用電解質材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011605452.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112615045A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 鐘小亮;王洋
• 申請（專利權）人: 南京金鯉新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 江蘇銀創律師事務所 32242
• 代理人: 孫計良

本發明公開了一種固態鋰離子電池用電解質材料及其制備方法。該制備方法首先在氧氯化鋯水溶液中加入氧化鑭，形成鋯鑭復合溶液；然后將氫氧化鋰水溶液與所述鋯鑭復合溶液混合，形成鑭酸鋰鋯氫氧化物漿料；再將所述鑭酸鋰鋯氫氧化物漿料進行水解反應制得鑭酸鋰鋯結晶；再對所述鑭酸鋰鋯結晶進行漂洗、烘干處理得到鑭酸鋰鋯粉；然后再對所述鑭酸鋰鋯粉進行晶化煅燒，得到鑭酸鋰鋯煅燒粉；最后對所述鑭酸鋰鋯煅燒粉進行球磨、噴霧造粒處理，得到鑭酸鋰鋯納米粉。制備得到的鑭酸鋰鋯納米粉為立方相，D500.1μm，D900.2μm，D1000.3μm，適用于固態鋰離子電池電解質。

技術領域

本發明涉及固體鋰離子電池用電解質材料及其制備方法，特別涉及鑭酸鋰鋯納米粉及其制備方法。

背景技術

在目前報道過的固體電解質材料中，具有立方石榴石結構的鋰鑭鋯氧電導率可達到10^-3S/cm的量級，已接近實用化電導率的要求，其化學式可寫成Li7La3Zr2O12(簡寫作LLZO)。在無機陶瓷電解質以及目前研究較多的剛柔并濟的復合電解質的制備中，LLZO因其良好的熱穩定性與電化學穩定性而被廣泛研究，是一種極具應用前景的材料。

常見立方相LLZO的制備方法有固相反應法、溶膠凝膠法、共沉淀法。其中，固相反應法中常用鑭、鋯氧化物與鋰鹽進行球磨混合后進行煅燒，通常制備所得LLZO的尺寸在幾微米到幾十微米左右。而溶膠凝膠法采用硝酸溶解金屬鹽，獲得的凝膠粉末進行煅燒后易得到四方相LLZO，進一步摻雜煅燒可得到立方相LLZO，粒徑最小可達到1微米左右。而共沉淀法一般包括正向沉淀和反向沉淀法，所制得的粒徑大小均在微米量級。

上述幾種方法制備獲得的立方LLZO大多為微米顆粒，而作為復合電解質中的填料，顆粒越小，越有利于提高立方相的穩定性，越有利于制備柔性電解質膜。

發明內容

本發明所要解決的問題：降低LLZO粉末顆粒的直徑至納米級。

為解決上述問題，本發明采用的方案如下：

根據本發明的一種固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在氧氯化鋯水溶液中加入氧化鑭，形成鋯鑭復合溶液；所述鋯鑭復合溶液中，鑭和鋯的摩爾比為1.48~1.52；

步驟2：將氫氧化鋰水溶液與所述鋯鑭復合溶液混合，形成鑭酸鋰鋯氫氧化物漿料；所述鑭酸鋰鋯氫氧化物漿料中，鋰和鋯的摩爾比為3.4~3.6；

步驟3：將所述鑭酸鋰鋯氫氧化物漿料進行水解反應制得鑭酸鋰鋯結晶；

步驟4：對所述鑭酸鋰鋯結晶進行漂洗、烘干處理得到鑭酸鋰鋯粉；

步驟5：對所述鑭酸鋰鋯粉進行晶化煅燒，得到鑭酸鋰鋯煅燒粉；

步驟6：對所述鑭酸鋰鋯煅燒粉進行球磨、噴霧造粒處理，得到固態鋰離子電池電解質用的鑭酸鋰鋯納米粉。

進一步，根據本發明的固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，所述氧氯化鋯水溶液由八水合氧氯化鋯溶于水制備得到，其中，八水合氧氯化鋯與水的質量份數比為：1：1~4。

進一步，根據本發明的固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，所述步驟2中，所述氫氧化鋰水溶液的氫氧化鋰摩爾百分比為0.1~0.5%。

進一步，根據本發明的固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，所述步驟3中，水解反應在反應釜中進行，水解反應溫度為80~100℃，反應時間為200~240小時。

進一步，根據本發明的固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，所述步驟4中，漂洗使得氯離子含量不超過5ppm。

進一步，根據本發明的固態鋰離子電池用電解質材料的制備方法，所述步驟4中，烘干溫度為300~400℃，烘干時間為1~4小時。