[發明專利]NASICON型鋰離子固態電解質、制備方法及電池

有效

• 申請號: 202110604706.9
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113346127B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 龔鈺;劉敏;胡遠森;曹元璞;吳道明
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 邱云雷

本申請涉及一種NASICON型鋰離子固態電解質的制備方法，其包括如下步驟：按照設計的化學計量比，稱取鋰源、鋁源、磷源和二氧化鈦，攪拌混合，反應后獲得電解質前驅體；將所述電解質前驅體烘干后煅燒，得到電解質粉體；將所述電解質粉體依次進行球磨和壓片處理，獲得電解質壓片；將所述電解質壓片升溫至1000℃～1100℃，并保溫燒結1h～3h，完成第一階段燒結；將所述電解質壓片降溫至600℃～900℃，并保溫燒結6h～8h，完成第二階段燒結，得到NASICON型鋰離子固態電解質。本申請制備的固態電解質具有較高的致密度、結晶度和電導率，從而可以降低界面電阻。

技術領域

本申請涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種NASICON型鋰離子固態電解質、制備方法及電池。

背景技術

隨著人們對高性能、安全、環保的鋰離子電池(LIBs)的需求不斷增長，使用固體電解質的所有固態電池受到越來越多的關注，相比于傳統的鋰離子電池，鋰離子固態電解質具有許多優點，包括更高的電流密度和更快的充放電速率，更安全，能量密度更高。

然而，鋰離子固態電解質的重點問題在于其相對較低的離子電導率，這也導致鋰離子固態電池的發展在很大程度上受到了阻礙。

發展具有高鋰離子電導率、低電解質/電極界面阻抗及有較好應變性的固態電解質材料是全固態電池研究的重要研究課題。高電解質/電極界面阻抗是全固態鋰離子電池面臨的一個關鍵問題，它限制了電池的倍率性能和功率密度。高界面阻抗主要歸因于固體電極/固體電解質界面接觸不良、界面接觸在電池充放電過程中由于相變或體積變化所導致的劣化與力學失效、離子導電界面層的劣化等。

降低固體電解質與金屬鋰電極之間的界面電阻的主要途徑是降低界面雜質，加大固態電解質與金屬鋰的有效接觸；提高電解質的致密度并盡量消除其晶界。因此，開發一種具有致密度高、結晶度高，具有低界面電阻的固態電解質具有十分重要的意義。

發明內容

本申請實施例提供一種NASICON型鋰離子固態電解質、制備方法及電池，制備的固態電解質具有較高的致密度、結晶度和電導率，從而可以降低界面電阻。

第一方面，提供了一種NASICON型鋰離子固態電解質的制備方法，其包括如下步驟：

按照設計的化學計量比，稱取鋰源、鋁源、磷源和二氧化鈦，攪拌混合，反應后獲得電解質前驅體；

將所述電解質前驅體烘干后煅燒，得到電解質粉體；

將所述電解質粉體依次進行球磨和壓片處理，獲得電解質壓片；

將所述電解質壓片升溫至1000℃～1100℃，并保溫燒結1h～3h，完成第一階段燒結；

將所述電解質壓片降溫至600℃～900℃，并保溫燒結6h～8h，完成第二階段燒結，得到NASICON型鋰離子固態電解質。

一些實施例中，所述NASICON型鋰離子固態電解質的化學式為Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃，0＜x≤1。

一些實施例中，在所述第一階段燒結中，升溫速度為3℃/min～5℃/min。

一些實施例中，在所述第二階段燒結中，降溫速度為16℃/min～20℃/min。

一些實施例中，攪拌時間為12h～24h。

一些實施例中，烘干后煅燒時，煅燒溫度為600～800℃，煅燒時間為5～6h。

一些實施例中，進行壓片處理時的壓力為5MPa～10MPa。

一些實施例中，所述鋰源為氫氧化鋰、草酸鋰、碳酸鋰、硝酸鋰或異丙醇鋰；和/或，