[發(fā)明專利]一種高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2023-03-02
• 公開（公告）號: CN116178012A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 王永禎;韓少雄;王勇;王曉敏
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;H01M10/0562;H01M10/0525;C04B35/495;C04B35/622
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發(fā)明提供了一種高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷及其制備方法和應用，涉及先進陶瓷和能源儲能技術領域。本發(fā)明提供的高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷，化學式為Lisubgt;6.2/subgt;Lasubgt;3/subgt;(Zrsubgt;0.2/subgt;Hfsubgt;0.2/subgt;Tisubgt;0.2/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;12/subgt;。本發(fā)明提供的高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷具有優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性，能夠提高固態(tài)電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

技術領域

本發(fā)明涉及先進陶瓷和能源儲能技術領域，具體涉及一種高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池因其高能量密度、高工作電壓和長循環(huán)壽命，廣泛應用于各種電子設備和移動通信領域。目前市場流通的鋰電池通常使用液體電解質，液體電解液具有較高的鋰離子電導率，但存在充電過充或短路、易泄漏、腐蝕、高溫分解等安全問題，可能導致火災或爆炸，使其具有安全隱患。近年來，隨著電動汽車等領域的快速發(fā)展，對鋰電池的續(xù)航和安全性能提出了更高的要求，固態(tài)電池有著高能量密度和高安全性能的特點成為了研究的熱點。固態(tài)電池的性能依賴于固態(tài)電解質的發(fā)展，目前石榴石型固態(tài)電解質因其高的離子電導率、寬電化學窗口和與陽極良好的相容性被認為是最有潛力的固態(tài)電解質之一。但石榴石電解質最大的短板是空氣穩(wěn)定性差，容易和空氣反應生成碳酸鋰，增大阻抗。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷及其制備方法和應用，本發(fā)明提供的高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷具有優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性，能夠提高固態(tài)電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷，化學式為Li_6.2La₃(Zr_0.2Hf_0.2Ti_0.2Nb_0.2Ta_0.2)₂O₁₂。

優(yōu)選地，所述高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷的離子電導率為1×10^-4～1.42×10^-4S/cm。

優(yōu)選地，所述高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷的相對密度為90～96％。

本發(fā)明提供了上述技術方案所述高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

將鋰源、鑭源、鋯源、鉿源、鉭源、鈦源和鈮源進行球磨，得到高熵石榴石前驅體粉末；

將所述高熵石榴石前驅體粉末進行煅燒，得到高熵石榴石電解質粉體；

將所述高熵石榴石電解質粉體和粘結劑混合，進行成型，得到高熵石榴石電解質素坯；

將所述高熵石榴石電解質素坯進行燒結，得到高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷。

優(yōu)選地，所述球磨為濕磨。

優(yōu)選地，所述煅燒的溫度為750～900℃，保溫時間為5～12h。

優(yōu)選地，所述成型的壓力為4～8MPa，所述成型的溫度為室溫，保溫保壓的時間為1～3min。

優(yōu)選地，所述燒結的溫度為1200～1250℃，保溫時間為30min～5h。

優(yōu)選地，由室溫升溫至所述燒結的溫度的升溫速率為2～10℃/min。

本發(fā)明提供了上述技術方案所述高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷或上述技術方案所述制備方法制備得到的高熵石榴石固態(tài)電解質陶瓷在固態(tài)電池中的應用。