[發(fā)明專利]石榴石型氧化物電解質及其制備方法和鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110387741.X
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113105239A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 熊偉強;謝普;石興菊;李艷紅;尚旭;梁世碩
• 申請（專利權）人: 昆山寶創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/48;C04B35/626;C04B35/622;H01M10/0525;H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉燚

本申請公開了提供石榴石型氧化物電解質及其制備方法和鋰離子電池。本申請的第一方面提供石榴石型氧化物電解質的制備方法，包括以下步驟：取制備原料采用固相燒結法制備得到石榴石型氧化物電解質；其中，制備原料包括摻雜劑，摻雜劑為硫化鋰，基于石榴石型氧化物電解質的總質量，硫化鋰的質量為1～10wt％。通過硫化鋰的摻雜，硫元素部分取代氧元素，晶體結構的半徑變大，從而使得晶胞整體稍稍變大，利于鋰離子的傳輸。而另一方面，部分取代后的結構極易因缺鋰而形成四方相，因而通過硫化鋰中鋰的補充使得硫元素在進入晶體結構中發(fā)生取代時，形成立方相從而使得摻雜劑的兩種元素協同提高最終制備得到的固態(tài)電解質的電導率。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池技術領域，尤其是涉及石榴石型氧化物電解質及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

目前市面上的新能源電動汽車主要使用的是液態(tài)鋰離子電池，該電池含有可燃的有機電解液，很容易造成起火、燃燒等安全隱患。在這種背景下，固態(tài)電池進入到各大電池廠商的視野中，這種電池使用固態(tài)電解質來取代原有的電解液，不僅能夠有效解決安全問題，同時電池結構變得更為簡單，能量密度得到提高，有利于電動汽車續(xù)航里程的增加。

現階段的固態(tài)電解質包括無機固態(tài)電解質、有機固態(tài)電解質、無機有機復合固態(tài)電解質等一些類型。其中，無機固態(tài)電解質按照化學成分又可以進一步分為氮化物電解質、氧化物電解質和硫化物電解質等。雖然固態(tài)電解質的種類眾多，但其中大部分存在離子電導率太低或與電極界面不兼容等問題。而在這之中，氧化物電解質中的石榴石型氧化物電解質具有較高的鋰離子電導率、同時兼具對鋰金屬良好的化學穩(wěn)定性和友好的環(huán)境適應性，是目前固態(tài)電解質研究中的一大熱點。

然而，相比于其他類型的固態(tài)電解質，石榴石型氧化物電解質的致密度較低，鋰離子電導率仍不夠突出，影響了整體鋰離子傳輸的效率，導致其難以滿足動力電池實用化的要求。因此，有必要提供一種能夠得到鋰離子電導率更高的石榴石型氧化物電解質的制備方法。

發(fā)明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本申請?zhí)岢鲆环N具有更高鋰離子電導率的石榴石型氧化物電解質的制備方法。

本申請還提出一種通過該制備方法制備得到的石榴石型氧化物電解質。

本申請還提出一種鋰離子電池。

本申請的第一方面，提供石榴石型氧化物電解質的制備方法，包括以下步驟：

取制備原料采用固相燒結法制備得到石榴石型氧化物電解質；

其中，制備原料包括摻雜劑，摻雜劑為硫化鋰，基于石榴石型氧化物電解質的總質量，硫化鋰的質量為1～10wt％。

根據本申請實施例的制備方法，至少具有如下有益效果：

石榴石型固態(tài)電解質存在立方相和四方相兩種具體結構，立方相的離子電導率相比于四方相更高。而本方案在固相燒結法的制備過程中，通過硫化鋰的摻雜，硫元素部分取代氧元素，晶體結構的半徑變大，從而使得晶胞整體稍稍變大，利于鋰離子的傳輸。而另一方面，硫元素部分取代后的結構極易因缺鋰而形成四方相，因而通過硫化鋰中鋰的補充使得硫元素在進入晶體結構中發(fā)生取代時，形成立方相從而使得摻雜劑的兩種元素協同提高最終制備得到的固態(tài)電解質的電導率。

其中，石榴石型氧化物電解質(LLZO)是指具有如Li₇La₃Zr₂O₁₂的氧化物固態(tài)電解質，其進一步還包括為提高其離子電導率而在Li位、La位和Zr位進行摻雜引入其它元素后的LLZO。具體而言，Li位的摻雜元素包括Al、Fe等，La位的摻雜元素包括K、Ba、Ca、Sr等，Zr位的摻雜元素包括Nb、Ta、Y、Si、Ge、W、In等。