一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，具体为一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤1、分别称量5‑20份钽掺杂锂镧锆氧粉末，0.5‑1份分散剂置于球磨罐中，加入30‑120份无水乙醇溶剂；步骤2、称取不同尺寸的磨球，放置在球磨罐中进行球磨，得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间10‑15h，转速480‑500r/min，通过利用分散剂减少钽掺杂锂镧锆氧粉末的表面能来限制钽掺杂锂镧锆氧粉末的聚集，获得尺寸均匀且无杂质相的纳米级钽掺杂锂镧锆氧粉末。此制备方法简单，成本低，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体为一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法。
技术介绍
当前新能源汽车行业主管部门对动力电池性能提出了非常高的要求。根据《汽车产业中长期发展规划》和《节能与新能源汽车技术路线图》的指引，动力电池系统能量密度需要在2025-2030年达到350Wh/Kg(对应单体能量密度500Wh/Kg)以满足普通电动汽车的续航里程要求。但是目前锂离子电池体系中大部分采用有机液体电解质材料，存在易燃、易爆等严重的安全问题；另一方面在能量密度重要性日益提升的背景下，350Wh/kg或将接近目前商业锂电池的极限，能量密度瓶颈凸显。而全固态电池采用的是固态电解质，不易燃；同时，固体电解质机械强度较高，能有效抑制锂枝晶生长，极大地提升锂电池的安全性能。另外，全固态锂电池可采用金属锂做负极(金属锂比容量接近石墨负极的10倍)，相同正极体系下能量密度有望提50％以上，显著提高电池能量密度。在众多固态电解质中，石榴石型结构的Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12因具有较高的离子电导率及良好的化学稳定性，特别是对金属锂具有良好的稳定性，但美中不足的是石榴石型固态电解质作为陶瓷片组装电池，由于无法承受压力，都存在力学性能差的问题，不利于电池的大批量生产。研究发现将石榴石型固体电解质与聚合物电解质相复合可以达到扬长避短的目的(JournalofPowerSources195(2010)4554-4569)；且添加纳米级石榴石型固态电解质比添加亚微米或微米级对电导率的提高更为显著。除此之外，纳米级石榴石型固态电解质比表面积较大，官能团多，易与聚合物衔接从而提高与聚合物的相容性。目前，研究人员为了制备纳米级的石榴石型固态电解质，采用了多种方法，如：溶胶-凝胶法，熔盐法，包覆或者模板生长法等。但是这些方法操作过程复杂，粒径不易控制，且制备过程中所需原料多成本高，工艺复杂，不利于产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，以获得的纳米级钽掺杂锂镧锆氧晶粒。本专利技术解决其技术问题采用以下技术方案来实现：本专利技术提供了一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤1、分别称量5-20份钽掺杂锂镧锆氧粉末，0.5-1份分散剂置于球磨罐中，加入30-120份无水乙醇溶剂；步骤2、称取不同尺寸的磨球，放置在球磨罐中进行球磨，得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间10-15h，转速480-500r/min；步骤3、球磨结束后将磨球取出，将直径为0.2-0.5mm的磨球放入球磨罐中进行二次球磨，制备得到钽掺杂锂镧锆氧浆料，球磨时间8-20h，转速480-500r/min；步骤4、将钽掺杂锂镧锆氧浆料进行过滤干燥，粉碎过300～500目筛，即得到纳米尺度钽掺杂锂镧锆氧粉体。优选的，所述钽掺杂锂镧锆氧为Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12，其直径为10-30μm；优选的，所述步骤1中：分散剂为聚环氧乙烷或聚乙二醇，其中聚环氧乙烷的分子量为800000-1000000，聚乙二醇的分子量为200-20000。优选的，所述步骤1中：所述无水乙醇的添加量为钽掺杂锂镧锆氧粉末总量的6-8倍。优选的，在所述步骤1-3中，球磨罐为100-300ml的刚玉球磨罐，磨球材质为氧化锆，磨球的直径在10-20mm之间，磨球添加的质量为钽掺杂锂镧锆氧浆料粉末的10-15倍，球磨机采用的是行星式球磨机。优选的，所述步骤4中，过滤过程采用的是300-500目筛网。优选的，所述步骤4中，干燥是在50-70℃的温度下将钽掺杂锂镧锆氧浆料浆料干燥至恒重。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，通过利用分散剂减少钽掺杂锂镧锆氧粉末的表面能来限制钽掺杂锂镧锆氧粉末的聚集，获得尺寸均匀且无杂质相的纳米级钽掺杂锂镧锆氧粉末。此制备方法简单，成本低，绿色环保。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的钽掺杂锂镧锆氧粉末的XRD图；图2为本专利技术实施例1得到的钽掺杂锂镧锆氧粉末的SEM图；图3为本专利技术实施例1得到的钽掺杂锂镧锆氧粉末的粒径分布图；图4为本专利技术实施例2得到的钽掺杂锂镧锆氧的XRD图；图5为本专利技术实施例2得到的钽掺杂锂镧锆氧的SEM图；图6为本专利技术实施例2得到的钽掺杂锂镧锆氧的粒径分布图；图7为选用不同粒径的钽掺杂锂镧锆氧电解质片组装的全固态锂电池的容量保持率对比图。具体实施例下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1步骤1、分别称量5g钽掺杂锂镧锆氧粉末(直径10-30μm)，0.025g聚环氧乙烷(分子量：1000000)置于球磨罐中，加入30mL无水乙醇；步骤2、称取不同尺寸的磨球(直径10-20mm)放置在球磨罐中进行球磨，得到得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间12h，转速500r/min；步骤3、球磨结束后将磨球取出，将50g直径为0.3mm的磨球放入球磨罐中进行二次球磨，制备得到钽掺杂锂镧锆氧浆料，球磨时间16h，转速500r/min；步骤4、将钽掺杂锂镧锆氧浆料进行过滤干燥，粉碎过400目筛，即得到纳米尺度钽掺杂锂镧锆氧粉体；图1，图2和图3分别为以聚环氧乙烷为分散剂所制备钽掺杂锂镧锆氧的XRD图，SEM图及粒径分布图，由图可知：得到的钽掺杂锂镧锆氧为纯立方相石榴石晶相，晶粒形貌近似片状，晶体尺寸在200-400nm范围；粒度分布显示所制备钽掺杂锂镧锆氧的粒度D50为189nm，D90为296nm。实施例2步骤1、分别称量5g钽掺杂锂镧锆氧粉末(直径10-30μm)，0.025g聚乙二醇(分子量20000)置于球磨罐中，加入30mL无水乙醇；步骤2、称取不同尺寸的磨球(直径10-20mm)放置在球磨罐中进行球磨，得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间12h，转速500r/min；步骤3、球磨结束后将磨球取出，将50g直径为0.3mm的磨球放入球磨罐中进行二次球磨，制备得到钽掺杂锂镧锆氧浆料，球磨时间16h，转速500r/min；步骤4、将钽掺杂锂镧锆氧浆料进行过滤干燥，粉碎过400目筛，即得到纳米尺度钽掺杂锂镧锆氧粉体；图4，图5和图6分别为以聚乙二醇为分散剂所制备钽掺杂锂镧锆氧的XRD图，SEM图及粒径分布图，由图可知：得到的钽掺杂锂镧锆氧为纯立方相石榴石晶相，晶粒形貌近似片状颗粒，晶体尺寸在200-350nm范围，大小均匀；粒度分布显示所制备钽掺杂锂镧锆氧的粒度D50为209nm，D90为323nm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、分别称量5-20份钽掺杂锂镧锆氧粉末，0.5-1份分散剂置于球磨罐中，加入30-120份无水乙醇溶剂；/n步骤2、称取不同尺寸的磨球，放置在球磨罐中进行球磨，得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间10-15h，转速480-500r/min；/n步骤3、球磨结束后将磨球取出，将直径为0.2-0.5mm的磨球放入球磨罐中进行二次球磨，制备得到钽掺杂锂镧锆氧浆料，球磨时间8-20h，转速480-500r/min；/n步骤4、将钽掺杂锂镧锆氧浆料进行过滤干燥，粉碎过300～500目筛，即得到纳米尺度钽掺杂锂镧锆氧粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、分别称量5-20份钽掺杂锂镧锆氧粉末，0.5-1份分散剂置于球磨罐中，加入30-120份无水乙醇溶剂；
步骤2、称取不同尺寸的磨球，放置在球磨罐中进行球磨，得到一次球磨后的钽掺杂锂镧锆氧；球磨时间10-15h，转速480-500r/min；
步骤3、球磨结束后将磨球取出，将直径为0.2-0.5mm的磨球放入球磨罐中进行二次球磨，制备得到钽掺杂锂镧锆氧浆料，球磨时间8-20h，转速480-500r/min；
步骤4、将钽掺杂锂镧锆氧浆料进行过滤干燥，粉碎过300～500目筛，即得到纳米尺度钽掺杂锂镧锆氧粉体。


2.根据权利要求1所述的一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于：所述钽掺杂锂镧锆氧为Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12，其直径为10-30μm。


3.根据权利要求1所述的一种粒径可控石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤1中...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐玉双，马越，
申请(专利权)人：西安瑞智材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61