[發(fā)明專利]一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110316309.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN113135736B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 霍延平;陳嘉苗;陸嘉晟;陳曉銅;李輝學(xué);趙經(jīng)緯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;C04B35/01;C04B35/622;H01M10/052
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發(fā)明公開了一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的氧化物固態(tài)電解質(zhì)為立方晶相的LiGaO₂或LiGa₅O₈。本發(fā)明氧化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法包括混合Li₂CO₃和Ga₂O₃、研磨至微米級(jí)粒徑、一次燒結(jié)、二次研磨至微米級(jí)粒徑、壓片、二次燒結(jié)。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)化的制備方法制得了一種摻雜元素少，且離子電導(dǎo)率高的氧化物固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明的氧化物固態(tài)電解質(zhì)具有立方晶相，表面光滑、微觀結(jié)構(gòu)緊湊，電化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)、界面阻抗低。作為電解質(zhì)應(yīng)用于固態(tài)電池可以使得電池的離子電導(dǎo)率大幅提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

固態(tài)電池是一種使用固態(tài)電極和固態(tài)電解質(zhì)的新型電池，它與傳統(tǒng)鋰離子電池的區(qū)別在于以固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰離子電池中的隔膜、電解液溶劑和鋰鹽。固態(tài)電池內(nèi)部的電解質(zhì)穩(wěn)定，具有不漏液、不揮發(fā)、不可燃和無(wú)腐蝕的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)電池相比，對(duì)于電池的安全性要高，且具有高能量密度和高使用壽命。

固態(tài)電解質(zhì)可大體分為無(wú)機(jī)型固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)和復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)三大類。無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)主要包括氧化物和硫化物，其中氧化物固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐溫性好，但制備加工困難，物相不純，使得離子導(dǎo)電性差，市面上的氧化物固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性通常僅為10^-7S/cm～10^-10S/cm。

中國(guó)專利申請(qǐng)CN108091929A公開了一種化學(xué)通式為A₂M_2-xR_xTeO₆的氧化物固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)在電解質(zhì)材料中引入堿金屬元素、二價(jià)金屬元素和稀土元素，提高了其離子電導(dǎo)率。V.Thangadurai等人(Venkataraman,Thangadurai,Sumaletha, et al.ChemInformAbstract:Garnet-Type Solid-State Fast Li Ion Conductors for Li Batteries:Critical Review[J].Cheminform,2014.)公開了Y³⁺、Ce³⁺、Nb⁵⁺、Ta⁵⁺等金屬離子摻雜的固態(tài)電解質(zhì)，均能夠在室溫下維持單相立方結(jié)構(gòu)，并提高了離子電導(dǎo)率。但堿金屬、稀土金屬、Ta、Nb、Ce等多元素同時(shí)摻雜一方面使得制備工藝繁瑣、復(fù)雜，另一方面也造成固態(tài)電解質(zhì)價(jià)格昂貴。

因此，需要開發(fā)出一種離子電導(dǎo)率高，同時(shí)摻雜元素少、制備工藝簡(jiǎn)化的氧化物固態(tài)電解質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的離子電導(dǎo)率低的缺陷，提供一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)，該氧化物固態(tài)電解質(zhì)具有立方晶相，離子電導(dǎo)率高。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述氧化物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述氧化物固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)電池中的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)，所述氧化物固態(tài)電解質(zhì)為立方晶相的LiGaO₂或 LiGa₅O₈。

本發(fā)明通過(guò)共價(jià)取代改變鋰離子傳導(dǎo)路徑，優(yōu)化Li⁺空位或改變?cè)氐暮縼?lái)增加Li⁺導(dǎo)電性，在石榴石型c-LLZO(Li₇La₃Zr₂O₁₂)氧化物固體電解質(zhì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了Li⁺導(dǎo)電性。