[發明專利]一種磷酸鹽快離子導體材料、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110090055.6
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112830466B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 李豐軍;周劍光
• 申請（專利權）人: 中汽創智科技有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;H01M10/0562
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊程剛

本發明公開了一種磷酸鹽快離子導體材料、制備方法及應用，屬于電化學的技術領域。所述材料為LiTi₂(PO₄)₃體系陶瓷材料，其化學通式為Li_1+x+y+zAl_xTi_2?xSi_yP_3?yO_12+z/2；式中，0＜x≤0.6，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。本發明采用固相反應法，調控組分及具體的工藝參數可以提升該體系固體電解質材料的核心性能參數即離子電導率，且可以達到同其它工藝方法所得離子電導率相當的數值。獲得的LiTi₂(PO₄)₃體系陶瓷主晶相和AlPO₄晶體的最強峰強度比值位于12~45時，同組分的LiTi₂(PO₄)₃體系陶瓷具有更高的離子電導率。

技術領域

本發明屬于電化學的技術領域，特別涉及一種磷酸鹽快離子導體材料、制備方法及應用。

背景技術

磷酸鈦鋰(LiTi₂P₃O₁₂)體系的固體電解質材料具備NASICON(Na Super IonicCONductor：Na₃Zr₂Si₂PO₁₂)晶體結構，是一種Li離子能夠在其晶體中具備三維擴散路徑的晶體。

作為固態鋰電池中的關鍵材料，固體電解質離子電導率的提升一直是科學和工程中一直需要面對和解決的問題NASICON類型材料LiTi₂(PO₄)₃是一種離子電導率較高的氧化物體系磷酸鹽固體電解質材料，其結構是由PO₄四面體和TiO₆八面體共用頂角組成，Li⁺在骨架間隙中通過缺陷躍遷傳輸。通過如Al³⁺、Si⁴⁺等低價離子取代Ti、P位，可增加可遷移鋰離子數量，改變鋰離子傳輸通道半徑，提高離子電導率。

目前對LiTi₂(PO₄)₃體系陶瓷的制備主要集中在3個方面，第一種是先將原材料制備為玻璃，然后通過玻璃的晶化制備玻璃陶瓷材料；第二種是通過濕化學法或者高能球磨法制備其前驅粉體，而后通過熱處理獲得活性較高的陶瓷粉體材料；第三種是固相反應法，通過后處理如砂磨等來提升固體電解質材料的活性。第一種方法涉及到熔融-晶化的步驟，不僅制備工藝復雜且能耗較大，對設備的自動化程度要求也高；第二種方法制備的粉體活性高，但成本較高，大規模商業推廣存在一定的難度；第三種方法較為簡單，易于推廣，問題的焦點在于固相反應法可能存在局部不均勻且制備的粉體材料活性不足。

發明內容

本發明為解決上述背景技術中存在的技術問題，提供一種磷酸鹽快離子導體材料及其制備方法。

本發明采用以下技術方案：一種制備磷酸鹽快離子導體材料的方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將Li源、Al源、P源、Si源和Ti源按Li_1+x+y+zAl_xTi_2-xSi_yP_3-yO_12+z/2化學計量比配料后混合，其中0＜x≤0.6，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2；

步驟二、將步驟一中的原料混合物裝入混料設備中，加入彌散劑進行混合或球磨，混合均勻，完成后將混合物進行干燥處理；

步驟三、將烘干后的混合物放入加熱設備中進行熱處理，在500～700℃下熱處理1～10h，得到預燒粉體；

步驟四、將預燒粉體進行破碎處理，處理完成后再次混合均勻；