一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法技术

一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法，该制备方法使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li

Lithium lanthanum zirconate oxide solid electrolyte doped with boron compounds and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着便携式电子产品和电动汽车的普及和发展，这类产品愈发的需要具备大功率、高能量和长寿命锂离子电池。含有固态电解质的固态锂离子电池与液体有机电解质电池相比具有安全优势。为了满足高性能固态电池的需求，高离子电导率电解质是关键材料。到目前为止，已知许多不同类型的固体电解质，其中包括钙钛矿型钛酸盐，NASICON型磷酸盐，LISICON型硫化物和它们的玻璃-陶瓷类似物，以及石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)材料。石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)是一种新型的固体电解质。石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)有两个相，为立方相和四方相，两个相比而言，立方相LLZO在空气中相对稳定，室温下显示的离子电导率较高，这对锂金属电极的稳定性很有好处，并且，其电化学电位窗口达到6V。为了获得高离子电导率的LLZO，需要使LLZO稳定为立方相，因为它也可能以四方相存在，而四方相的电导率比立方相低两个数量级。此外，具有减少或甚至可忽略不计的晶界阻力也至关重要。烧结内部晶粒或沿晶界的过程可能会导致大的内部电阻时形成的孤立孔。研究表明，元素掺杂是稳定立方相以及提高陶瓷样品密度的有效手段，特别是与Al，Y，Ga掺杂。这些掺杂剂不仅可以代替对应元素在晶格，也有助于通过在晶界处形成低熔点相，从而导致了立方体颗粒之间有良好的连接排出孔。除了这些掺杂物外，低价的Ba2+也为陶瓷的致密化做出贡献。另外，Ta5+取代Zr4+，可能导致在LLZO上增加了Li的空位浓度，这是为了提高离子传导性的有益方法。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种具有高离子电导率的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li7La3Zr2O12(LLZO)，其中，所述硼化合物为硼氧化物或硼酸化合物，所述硼酸化合物优选为锂硼酸盐。进一步地：所述制备方法包括：将所述三氧化二镧进行烧结，将烧结后与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆和所述硼化合物混合均匀搅拌，干燥后，进行压合成片，再经烧结得到所述锂镧锆氧固体电解质。所述制备方法包括以下步骤：S1：将所述三氧化二镧进行烧结；S2：烧结完以后，将所述三氧化二镧与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆、所述硼化合物混合；S3：对步骤S2得到的混合物进行球磨；S4：对步骤S3得到的球磨粉体进行烧结；S5：对步骤S4得到的烧结物进行研磨；S6：对步骤S5得到的研磨粉体压合成片；S7：对步骤S6得到的压片再进行烧结，制得所述掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质。步骤S1中，将所述三氧化二镧(La2O3)在马弗炉中1000℃烧结13h。步骤S3中，将所述混合物放入球磨罐，用异丙醇做溶剂球磨，球磨转速600rpm，球磨时间为13h。步骤S4中，球磨完以后继续在850℃烧结3h。步骤S5中，烧结完以后用玛瑙研钵研磨30min。步骤S6中，采用压片机以26MPa的压力进行压片。步骤S7中，采用母粉埋粉烧结，烧结过程中烧结温度为500-1000℃，烧结时间为10～15h，所述母粉是步骤S3中球磨后得到的粉体。所述三氧化二镧、所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆和所述硼化合物各自的纯度＞99％。所述一水合氢氧化锂、所述三氧化镧、所述二氧化锆的原料用量使得Li、La、Zr元素的摩尔量的比满足：Li：La：Zr＝14：3：2。一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质，是使用所述的方法制备得到的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法，该掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质具有高离子电导率，对空气和正负极稳定性好，且其制备方法简单。本专利技术能够有效满足全固体动力电池和电力储能电池等需要，具有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术一种实施例的固体氧化物电解质材料的合成工艺路线图。图2(a)和图2(b)为根据本专利技术实施例1与比较例1不同硼氧化合物掺杂量的LLZO材料的SEM(×2k和×10k)图。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。本专利技术的实施例提供一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li7La3Zr2O12(LLZO)，其中，所述硼化合物为硼氧化物或硼酸化合物，所述硼酸化合物优选为锂硼酸盐。在优选实施例中，所述制备方法包括：将所述三氧化二镧进行烧结，将烧结后与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆和所述硼化合物混合均匀搅拌，干燥后，进行压合成片，再经烧结得到所述锂镧锆氧固体电解质。参阅图1，在优选实施例中，所述制备方法包括以下步骤：S1：将所述三氧化二镧进行烧结；S2：烧结完以后，将所述三氧化二镧与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆、所述硼化合物混合；S3：对步骤S2得到的混合物进行球磨；S4：对步骤S3得到的球磨粉体进行烧结；S5：对步骤S4得到的烧结物进行研磨；S6：对步骤S5得到的研磨粉体压合成片；S7：对步骤S6得到的压片再进行烧结，制得所述掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质。在优选实施例中，步骤S1中，将所述三氧化二镧(La2O3)在马弗炉中1000℃烧结13h。在优选实施例中，步骤S3中，将所述混合物放入球磨罐，用异丙醇做溶剂球磨，球磨转速600rpm，球磨时间为13h。在优选实施例中，步骤S4中，球磨完以后继续在850℃烧结3h。在优选实施例中，步骤S5中，烧结完以后用玛瑙研钵研磨30min。在优选实施例中，步骤S6中，采用压片机以26MPa的压力进行压片。在优选实施例中，步骤S7中，采用母粉埋粉烧结，烧结过程中烧结温度为500-1000℃，烧结时间为10～15h，所述母粉是步骤S3中球磨后得到的粉体。在另一些实施例中，步骤S7中的烧结温度可以大于1000℃，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li

【技术特征摘要】
1.一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li7La3Zr2O12(LLZO)，其中，所述硼化合物为硼氧化物或硼酸化合物，所述硼酸化合物优选为锂硼酸盐。


2.如权利要求1所述的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，包括：将所述三氧化二镧进行烧结，将烧结后与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆和所述硼化合物混合均匀搅拌，干燥后，进行压合成片，再经烧结得到所述锂镧锆氧固体电解质。


3.如权利要求2所述的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述三氧化二镧进行烧结；
S2：烧结完以后，将所述三氧化二镧与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆、所述硼化合物混合；
S3：对步骤S2得到的混合物进行球磨；
S4：对步骤S3得到的球磨粉体进行烧结；
S5：对步骤S4得到的烧结物进行研磨；
S6：对步骤S5得到的研磨粉体压合成片；
S7：对步骤S6得到的压片再进行烧结，制得所述掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质。


4.如权利要求3所述的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，
步骤S1中，将所述三氧化二镧(La2O3)在马弗炉中1000℃烧结13h...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘萍，刘丹，
申请(专利权)人：广东东邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44