一种石榴石型固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石榴石型固态电解质及其制备方法，该石榴石型固态电解质的组分为Li

A garnet type solid electrolyte and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石榴石型固态电解质及其制备方法
本专利技术涉及电解质的
，具体地指一种石榴石型固态电解质及其制备方法。
技术介绍
现如今，传统的非可再生能源如煤炭、石油、天然气等的使用不但严重污染着我们的环境，而且在人们的长期使用下已经接近枯竭。为了应对能源与环境的问题，新能源汽车产业的发展就至关重要。动力电池技术是推动新能源汽车产业的关键，但车用动力电池对安全性和稳定性的要求很高。固态电池具有良好化学、电化学性质稳定且不易燃烧，能很好的解决动力电池的安全问题，有望成为下一代锂离子动力电池。正极、负极和电解质等构成了一个完整的锂离子电池。在锂离子电池使用过程中由于Li+从主要在电解质中传输，因此电解质性能的好坏是锂离子电池技术发展关键。目前研究的固态电解质有NASICON型电解质、LISICON型电解质、钙钛矿型电解质、石榴石型电解质和玻璃态无机电解质等。其中石榴石型电解质具有较高的离子电导率、良好的化学稳定性和热稳定性，这很大程度的提高了石榴石型电解质材料在全固态锂电池中的应用前景。目前，石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12的制备方法主要为高温固相法和溶胶凝胶法。申请号为201811582845.0的中国专利技术专利《石榴石型固态电解质的制备及应用该固态电解质的二次电池》中，公开了用溶胶凝胶法制备了Li7La3Zr2O12，但溶胶凝胶法工艺过程比较复杂，产率较低，成本高。高温固相法工艺较简单易于操作，反应条件要求较低，适合大批量的制备，但不足之处在于，长时间高温的烧结会导致Li以LiO2的形式挥发出来，再电解质内形成La2Zr207杂相，降低电解质的致密度和电导率。因此，石榴石型固态电解质还没有得到商业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种石榴石型固态电解质及其制备方法，该石榴石型固态电解质不仅具有良好的稳定性和安全性，而且具有较好的致密度和电导率。为实现上述的目的，本专利技术提供一种石榴石型固态电解质，该石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0＜x≤0.1；0＜y≤1。作为优选实施方式地，所述石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0＜x≤0.06；0＜y≤0.6。作为优选实施方式地，所述石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0.02＜x≤0.06；0.2＜y≤0.6。上述技术方案中，所述石榴石型固态电解质的致密度≥90％，离子电导率≥5×10-4S·cm-1。上述技术方案中，石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)按化学式Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12中的Li、La、A、Zr、B的摩尔比，称取LiOH、La2O3、A源化合物、ZrO2、B源化合物作为原料加入溶剂后混合球磨，得到混合粉末；2)将步骤1)所得的混合粉末经过煅烧处理，得到石榴石型固态电解质粉体；3)将步骤2)所得的石榴石型固态电解质粉体压成片状后进行高温烧结，得到石榴石型固态电解质。上述技术方案中，所述步骤1)中，A源化合物选自Ca源化合物、Sr源化合物、Ba源化合物、Ce源化合物中的一种；B源化合物选自Ta源化合物、Nb源化合物、Sb源化合物、W源化合物中的一种。上述技术方案中，所述步骤1)中，所述溶剂选自异丙酮。上述技术方案中，所述步骤2)中，煅烧处理的温度为700～900℃，升温速率为4～5℃/min，煅烧时间为7～10h。上述技术方案中，所述步骤3)中，石榴石型固态电解质粉体压成片后进行冷等静压压实，冷等静压的压力为150～200MPa。上述技术方案中，所述步骤3)中，烧结温度为1030～1230℃，烧结升温速率为4～5℃/min，烧结时间为1～6h。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：其一，本专利技术采用A、B两种元素共同掺杂且控制在上述比例范围，可以微量调节Li+的含量，改善Li+运输效果，两者协同共同提高电导率。相比于铝元素掺杂，铝元素掺杂在Li+位将会阻碍Li+传输的。此外，本专利技术采用A、B两种元素共同掺杂，可以降低等静压后的烧结温度，进一步有利于保持电解质较好的致密度和提高电导率。其二，本专利技术的石榴石型固态电解质的致密度在90％以上，离子电导率在5×10-4S·cm-1以上，且固态该电解质具有良好的稳定性和安全性，在动力电池的应用中有实用价值。其三，本专利技术制备方法工艺简单，只需要较短的高温烧结时间，制备出的固态电解质纯度高，产量大，所用原料价格低廉，适合大批量的工业生产。附图说明图1为实施例1所制备的固态电解质的XRD图谱；图2为实施例1所制备的固态电解质的断面SEM照片；图3为实施例1所制备的固态电解质的室温交流阻抗谱；图4为实施例2所制备的固态电解质的XRD图谱；图5为实施例2所制备的固态电解质的断面SEM照片；图6为实施例2所制备的固态电解质的室温交流阻抗谱；图7为实施例3所制备的固态电解质的XRD图谱；图8为实施例3所制备的固态电解质的断面SEM照片；图9为实施例3所制备的固态电解质的室温交流阻抗谱；图10为对比例1所制备的固态电解质的XRD图谱；图11为对比例1所制备的固态电解质的断面SEM照片；图12为对比例1所制备的固态电解质的室温交流阻抗谱；图13为对比例2所制备的固态电解质的XRD图谱；图14为对比例2所制备的固态电解质的室温交流阻抗谱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1(x＝0.06，y＝0.6)：按化学式Li6.46La2.94Ba0.06Zr1.4Ta0.6O12中的摩尔比，选取LiOH、La2O3、ZrO2、Ta2O5和BaCO3作原料，其中LiOH过量10％，在异丙醇溶剂中球磨12小时后，在恒温箱中以70℃烘干，然后在900℃下锻烧10小时，升温速率为5℃/min，制得煅烧后的粉体。将粉体再次在异丙醇溶剂中球磨12小时后，在恒温箱中以70℃烘干，得到Li6.46La2.94Ba0.06Zr1.4Ta0.6O12电解质粉体。将粉体用压制成Φ13×3mm大小的圆片状，使用200Mpa的冷等静压压实，然后在1230℃下烧结1h，升温速率为5℃/min，制得煅烧后的Li6.46La2.94Ba0.06Zr1.4Ta0.6O12固态电解质。采用X射线衍射仪对制备出的Li6.46La2.94Ba0.06Zr1.4Ta0.6O12固态电解质进行分析，结果如图1所示，所制备的固态电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石榴石型固态电解质，其特征在于：该石榴石型固态电解质的组分为Li

【技术特征摘要】
1.一种石榴石型固态电解质，其特征在于：该石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0＜x≤0.1；0＜y≤1。


2.根据权利要求1所述的石榴石型固态电解质，其特征在于：所述石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0＜x≤0.06；0＜y≤0.6。


3.根据权利要求1所述的石榴石型固态电解质，其特征在于：所述石榴石型固态电解质的组分为Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12，式中，A为Ca、Sr、Ba、Ce中的一种；B为Ta、Nb、Sb、W中的一种；0.02＜x≤0.06；0.2＜y≤0.6。


4.根据权利要求1或2或3所述的石榴石型固态电解质，其特征在于：所述石榴石型固态电解质的致密度≥90％，离子电导率≥5×10-4S·cm-1。


5.一种权利要求1～4任一项所述的石榴石型固态电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)按化学式Li7+x-yLa3-xAxZr2-yByO12中的Li、La、A、Zr、...

【专利技术属性】
技术研发人员：史建鹏，刘敏，龚钰，
申请(专利权)人：东风汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42