纳米磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备技术

本发明专利技术提供一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备。纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括：将包括钛的化合物、有机溶剂、混合溶剂、锂源化合物、铝源化合物和磷源化合物在内的原料混合得到反应前驱液；将反应前驱液加热反应得到沉淀物，然后将沉淀物加热预分解、煅烧得到纳米磷酸钛铝锂固态电解质；混合溶剂包括乙二醇和水。纳米磷酸钛铝锂固态电解质，使用所述的制备方法制得。锂离子电池，包括所述的纳米磷酸钛铝锂固态电解质。用电设备，包括所述的锂离子电池。本申请提供的纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，可大批量可控制备尺寸在20‑100纳米范围内的纳米磷酸钛铝锂固态电解质。

【技术实现步骤摘要】
纳米磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备。
技术介绍
近年来，随着锂离子电池在消费电子、电动汽车、大规模储能等领域的推广应用，对电池能量密度的需求越来越高，与此同时，电池的安全性问题日益凸显。固态电解质因具有不挥发、不可燃、无漏液问题等优点，成为目前解决锂离子电池安全性问题的首选方案。相较于聚合物固态电解质和硫化物固态电解质，氧化物固态电解质具有电化学窗口宽、化学稳定性和热稳定性好、锂离子电导率高、电子电导率低等优点，极具应用前景。其中，磷酸钛铝锂固态电解质又兼具良好的正极适配性，原材料成本低，毒性低，易于实现大规模制备等优点而受到广泛关注。目前磷酸钛铝锂固态电解质常用的合成方法主要包括固相法、熔融淬火法、溶胶凝胶法、共沉淀法等，但目前这些方法均难以实现低成本大规模可控制备颗粒分布均匀的纳米(<100纳米)磷酸钛铝锂固态电解质。有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和用电设备，以解决上述问题。为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括：将包括钛的化合物、有机溶剂、混合溶剂、锂源化合物、铝源化合物和磷源化合物在内的原料混合得到反应前驱液；将所述反应前驱液加热反应得到沉淀物，然后将所述沉淀物加热预分解、煅烧得到所述纳米磷酸钛铝锂固态电解质；所述混合溶剂包括乙二醇和水。通过有机溶剂、乙二醇和水的搭配，实现大批量可控制备20-100纳米窄分布磷酸钛铝锂固态电解质材料。优选地，所述混合溶剂中乙二醇与水的体积比为(1：9)-(9：1)。可选地，乙二醇与水的体积比可以为1：9、2：8、3：7、4：6、5：5、6：4、7：3、8：2、9：1以及(1：9)-(9：1)之间的任一值。优选地，所述加热反应在密闭容器中进行；优选地，所述密闭容器的压力小于等于1MPa。低压条件下进行加热反应，有利于磷酸钛铝锂固态电解质材料的粒度在更窄范围内分布。优选地，所述钛的化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、乙酰丙酮钛、四氯化钛、甲氧基钛、丙氧基钛、钛酸酯偶联剂中的一种或多种；优选地，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、乙醚、己烷、环氧丙烷、甲苯中的一种或多种；优选地，所述锂源化合物包括氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂、碳酸锂、甲酸锂、乙酸锂、氧化锂、磷酸锂、硫酸锂、钒酸锂、酒石酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂、磷酸铵锂、磷酸二铵锂中的一种或多种；优选地，所述铝源化合物包括硝酸铝、乙酸铝、氢氧化铝、磷酸铝、草酸铝、硫酸铝、碳酸铝、氧化铝、偏磷酸铝中的一种或多种；优选地，所述磷源化合物包括磷酸、次磷酸、次磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸锂、焦磷酸、聚磷酸铵、磷酸铝或偏磷酸铝中的一种或多种。优选地，所述混合包括：将所述钛的化合物溶于所述有机溶剂中，在搅拌条件下加入所述混合溶剂，然后加入所述锂源化合物、所述铝源化合物和所述磷源化合物，调节溶液pH，搅拌得到所述反应前驱液；优选地，所述调节溶液pH的目标值为7-10。优化加料顺序及溶液酸碱度，有利于反应更顺利的进行，得到的磷酸钛铝锂固态电解质材料的粒度分布可控性更好。可选地，所述调节溶液pH的目标值可以为7、8、9、10以及7-10之间的任一值。优选地，所述加热反应的温度为160-220℃，时间为8-48h；优选地，所述加热预分解的温度为500-800℃，时间为2-6h；优选地，所述煅烧的温度为800-1100℃，时间为6-12h。可选地，所述加热反应的温度可以为160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃以及160-220℃之间的任一值，时间可以为8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h、26h、28h、30h、32h、34h、36h、38h、40h、42h、44h、46h、48h以及8-48h之间的任一值；所述加热预分解的温度可以为500℃、600℃、700℃、800℃以及500-800℃之间的任一值，时间可以为2h、3h、4h、5h、6h以及2-6h之间的任一值；所述煅烧的温度可以为800℃、900℃、1000℃、1100℃以及800-1100℃之间的任一值，时间可以为6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h以及6-12h之间的任一值。优选地，所述沉淀物加热预分解之前还包括清洗和干燥。一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质，使用所述的制备方法制得；优选地，所述纳米磷酸钛铝锂固态电解质的粒度为20-100nm。降低固态电解质的颗粒尺寸，能够显著降低烧结温度，改善固态电解质与电极材料之间的接触，从而促进锂离子的长程迁移过程。一种锂离子电池，包括所述的纳米磷酸钛铝锂固态电解质。一种用电设备，包括所述的锂离子电池。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：本申请提供的纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，通过对溶剂进行选择，以有机溶剂、乙二醇和水进行搭配，调节体系的过饱和度和粘度等参数，从而控制晶核的形成和晶粒生长过程，实现大批量可控制备20-100纳米窄分布的单分散纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料；工艺简单，成本低，易于进行扩大生产，实现产业化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对本专利技术范围的限定。图1为本申请实施例1所制备的纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料的XRD谱图；图2为本申请实施例1所制备的纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图；图3为本申请实施例2所制备的纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图；图4为本申请实施例3所制备的纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图；图5为本申请实施例4所制备的纳米磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图；图6为本申请对比例1所制备的磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图；图7为本申请对比例2所制备的磷酸钛铝锂固态电解质材料的扫描电镜图。具体实施方式如本文所用之术语：“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：/n将包括钛的化合物、有机溶剂、混合溶剂、锂源化合物、铝源化合物和磷源化合物在内的原料混合得到反应前驱液；/n将所述反应前驱液加热反应得到沉淀物，然后将所述沉淀物加热预分解、煅烧得到所述纳米磷酸钛铝锂固态电解质；/n所述混合溶剂包括乙二醇和水。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：
将包括钛的化合物、有机溶剂、混合溶剂、锂源化合物、铝源化合物和磷源化合物在内的原料混合得到反应前驱液；
将所述反应前驱液加热反应得到沉淀物，然后将所述沉淀物加热预分解、煅烧得到所述纳米磷酸钛铝锂固态电解质；
所述混合溶剂包括乙二醇和水。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂中乙二醇与水的体积比为(1：9)-(9：1)。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应在密闭容器中进行；
优选地，所述密闭容器的压力小于等于1MPa。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛的化合物包括钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、乙酰丙酮钛、四氯化钛、甲氧基钛、丙氧基钛、钛酸酯偶联剂中的一种或多种；
优选地，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、乙醚、己烷、环氧丙烷、甲苯中的一种或多种；
优选地，所述锂源化合物包括氢氧化锂、硝酸锂、草酸锂、碳酸锂、甲酸锂、乙酸锂、氧化锂、磷酸锂、硫酸锂、钒酸锂、酒石酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂、磷酸铵锂、磷酸二铵锂中的一种或多种；
优选地，所述铝源化合物包括硝酸铝、乙酸铝、氢氧化铝、磷酸铝、草酸铝、硫酸铝、碳酸铝、氧化铝、偏磷酸铝中的一种或多种；

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠如，王伟立，杨瑞，黄建平，黄珺辰，许少翔，
申请(专利权)人：三明市新能源产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35