[發明專利]一種固體電解質材料的鑒別方法

在審

• 申請號: 202111129815.6
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113848222A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 劉張波;趙嫣然;嵇書偉;胡康
• 申請（專利權）人: 中汽創智科技有限公司
• 主分類號: G01N23/2005
• 分類號: G01N23/2005;G01N23/207
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 施婷婷;劉豐

本發明公開了一種固體電解質材料的鑒別方法，該方法對鋰石榴石固體電解質材料進行XRD檢測，根據XRD衍射峰結果判定鋰石榴石固體電解質材料的相結構和結晶性是否達標，對于相結構和結晶性都達標的鋰石榴石固體電解質材料，根據其不同衍射峰位所在最高峰扣除背底強度后的峰強之間的比值關系以及最強峰所在峰位，對被測固體電解質材料的室溫離子電導率性能進行鑒別。本發明可以直接根據方便可行的XRD測試方法及其結果來判斷給定鋰石榴石材料體系的室溫離子電導率是否較高，為測試人員篩選工作提供極大的便利。本發明同時公開了一種能快速鑒定出具有高室溫離子電導率性能的被測固體電解質材料是否含有Ga或Fe摻雜的方法。

技術領域

本發明涉及電化學領域，具體涉及一種固體電解質材料的鑒別方法。

背景技術

目前，在固體電解質材料中鋰石榴石被廣泛應用。石榴石化學通式為A₃B₂(SiO₄)₃，其中A和B分別是二價和三價陽離子。它的空間群是No.230Ia-3d，隸屬于體心立方晶系。其晶體結構中[BO₆]八面體與六個[SiO₄]四面體共頂點相連，同時四面體與四個八面體共頂點相連構建其三維骨架。A位是骨架中十二面體空隙，一般由離子半徑較大的陽離子占據。如將Li取代Si則其化學式變為A₃B₂(LiO₄)₃，即為鋰石榴石。為了平衡電價，此時A和B的價態可有所調整。目前室溫離子電導率比較高的鋰石榴石主要是以Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)為主的體系，室溫離子電導率可超過0.2mS/cm，目前報道的最高值已經可達1.5mS/cm，表現出較高的綜合性能。

研究發現，LLZO具有兩種相結構。一種是四方相，其室溫離子電導率只有10^-6S/cm，主要是因為其相結構導致鋰離子遷移困難，造成電導率較低。LLZO另一種相結構是立方相，因Li⁺在立方相結構中更容易遷移，故立方相的LLZO一般具有較高的室溫離子電導率，可達10^-4～10^-3S/cm。進一步的，立方相結構除了有No.230Ia-3d空間群結構，如Al、Ta、Nb或W等摻雜LLZO，還有一種No.220I-43d空間群結構，即Ga或Fe摻雜的LLZO。在No.220I-43d空間群結構中，Li⁺的遷移路徑有了更多選擇，故而可以表現出更高的室溫離子電導率。因此，LLZO材料會因相結構不同對其室溫離子電導率性能造成影響。另一方面，LLZO固體電解質材料作為陶瓷材料的一種，材料的結晶性也會影響材料的離子電導率。

而LLZO固體電解質材料在離子電導率的測試過程對操作人員的要求高，依賴于操作人員的經驗，且測試步驟繁瑣其中任意步驟操作不當都不能夠準確地獲得離子電導率的測試結果。因此，如能夠快速地對不同結構、不同組分、不同燒結條件下的LLZO材料的室溫離子電導率性能進行鑒定，降低操作難度將能夠為測試人員進行材料測試選型提供極大的便利。

然而，現有技術中對LLZO材料的室溫離子電導率測試，往往需要進行致密塊體的制備，然后利用電化學工作站進行測試，雖然其可以得到準確的室溫離子電導率的具體數值，但是致密塊體的制備不僅制作周期長，而且塊體的制備工藝需要精確的工藝參數控制，對經驗要求極高，不適合一般人員操作。此外，若想進一步了解具有高室溫離子電導率性能的LLZO材料的組分結構，特別是其是否含有Ga或Fe摻雜，則需要另外利用其他化學方法進行鑒定。

發明內容