NASICON型锂离子固态电解质、制备方法及电池技术

本申请涉及一种NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其包括如下步骤：按照设计的化学计量比，称取锂源、铝源、磷源和二氧化钛，搅拌混合，反应后获得电解质前驱体；将所述电解质前驱体烘干后煅烧，得到电解质粉体；将所述电解质粉体依次进行球磨和压片处理，获得电解质压片；将所述电解质压片升温至1000℃～1100℃，并保温烧结1h～3h，完成第一阶段烧结；将所述电解质压片降温至600℃～900℃，并保温烧结6h～8h，完成第二阶段烧结，得到NASICON型锂离子固态电解质。本申请制备的固态电解质具有较高的致密度、结晶度和电导率，从而可以降低界面电阻。面电阻。面电阻。

【技术实现步骤摘要】
NASICON型锂离子固态电解质、制备方法及电池


[0001]本申请涉及锂离子电池
，特别涉及一种NASICON型锂离子固态电解质、制备方法及电池。

技术介绍

[0002]随着人们对高性能、安全、环保的锂离子电池(LIBs)的需求不断增长，使用固体电解质的所有固态电池受到越来越多的关注，相比于传统的锂离子电池，锂离子固态电解质具有许多优点，包括更高的电流密度和更快的充放电速率，更安全，能量密度更高。
[0003]然而，锂离子固态电解质的重点问题在于其相对较低的离子电导率，这也导致锂离子固态电池的发展在很大程度上受到了阻碍。
[0004]发展具有高锂离子电导率、低电解质/电极界面阻抗及有较好应变性的固态电解质材料是全固态电池研究的重要研究课题。高电解质/电极界面阻抗是全固态锂离子电池面临的一个关键问题，它限制了电池的倍率性能和功率密度。高界面阻抗主要归因于固体电极/固体电解质界面接触不良、界面接触在电池充放电过程中由于相变或体积变化所导致的劣化与力学失效、离子导电界面层的劣化等。
[0005]降低固体电解质与金属锂电极之间的界面电阻的主要途径是降低界面杂质，加大固态电解质与金属锂的有效接触；提高电解质的致密度并尽量消除其晶界。因此，开发一种具有致密度高、结晶度高，具有低界面电阻的固态电解质具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供一种NASICON型锂离子固态电解质、制备方法及电池，制备的固态电解质具有较高的致密度、结晶度和电导率，从而可以降低界面电阻。
[0007]第一方面，提供了一种NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其包括如下步骤：
[0008]按照设计的化学计量比，称取锂源、铝源、磷源和二氧化钛，搅拌混合，反应后获得电解质前驱体；
[0009]将所述电解质前驱体烘干后煅烧，得到电解质粉体；
[0010]将所述电解质粉体依次进行球磨和压片处理，获得电解质压片；
[0011]将所述电解质压片升温至1000℃～1100℃，并保温烧结1h～3h，完成第一阶段烧结；
[0012]将所述电解质压片降温至600℃～900℃，并保温烧结6h～8h，完成第二阶段烧结，得到NASICON型锂离子固态电解质。
[0013]一些实施例中，所述NASICON型锂离子固态电解质的化学式为Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3，0＜x≤1。
[0014]一些实施例中，在所述第一阶段烧结中，升温速度为3℃/min～5℃/min。
[0015]一些实施例中，在所述第二阶段烧结中，降温速度为16℃/min～20℃/min。
[0016]一些实施例中，搅拌时间为12h～24h。
[0017]一些实施例中，烘干后煅烧时，煅烧温度为600～800℃，煅烧时间为5～6h。
[0018]一些实施例中，进行压片处理时的压力为5MPa～10MPa。
[0019]一些实施例中，所述锂源为氢氧化锂、草酸锂、碳酸锂、硝酸锂或异丙醇锂；和/或，
[0020]所述铝源为三氯化铝、硝酸铝、氧化铝或氢氧化铝；和/或，
[0021]所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵或磷酸氢二胺。
[0022]第二方面，提供了一种NASICON型锂离子固态电解质，其采用如上任一所述的NASICON型锂离子固态电解质的制备方法制备而成。
[0023]第三方面，提供了一种电池，其包括如上所述的NASICON型锂离子固态电解质。
[0024]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0025]本申请实施例提供了一种NASICON型锂离子固态电解质、制备方法及电池，本申请采用分步煅烧工艺，通过先高温烧结加速晶粒相互键联，晶粒长大，再通过低温烧结提高晶体结晶度，这样可以降低高温烧结时间，减少因长时间高温烧结导致Li挥发，提高固态电解质的电导率、结晶度与致密度，有利于降低界面电阻。
[0026]本申请提供的制备方法，制备得到的NASICON型锂离子固态电解质，其电导率处于10
‑4S
·
cm
‑1数量级，最高可达到10.1
×
10
‑4S
·
cm
‑1。
[0027]本申请Al元素的掺杂不但引入了锂离子间隙，提高载流子浓度，同时还改善晶界电导率，使NASICON型固态电解质电化学性能得到了很大的提升。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本申请实施例2提供的NASICON型锂离子固态电解质的XRD图；
[0030]图2为本申请实施例2提供的NASICON型锂离子固态电解质的扫描电子显微镜图；
[0031]图3为本申请实施例2提供的NASICON型锂离子固态电解质的交流阻抗图。
具体实施方式
[0032]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]一种NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0034]101：按照设计的化学计量比，称取锂源、铝源、磷源和二氧化钛，搅拌混合，反应后获得电解质前驱体；
[0035]102：将电解质前驱体在鼓风机干燥箱中恒温烘干，然后置于马弗炉中进行煅烧，得到电解质粉体；
[0036]103：将电解质粉体进行球磨处理，再置于压机中进行压片处理，获得电解质压片；
[0037]104：将电解质压片升温至1000℃～1100℃，并保温烧结1h～3h，完成第一阶段烧结；
[0038]105：将电解质压片降温至600℃～900℃，并保温烧结6h～8h，完成第二阶段烧结，得到NASICON型锂离子固态电解质。
[0039]上述步骤101中，采用溶液法制备电解质前驱体，搅拌时间为12h～24h，制备得到的NASICON型锂离子固态电解质的化学式为Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3，0＜x≤1。
[0040]锂源可以从氢氧化锂、草酸锂、碳酸锂、硝酸锂和异丙醇锂中选取，铝源可以从三氯化铝、硝酸铝、氧化铝和氢氧化铝中选取，磷源可以从磷酸、磷酸二氢铵和磷酸氢二胺中选取。
[0041]上述步骤102中，烘干后煅烧时，煅烧温度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：按照设计的化学计量比，称取锂源、铝源、磷源和二氧化钛，搅拌混合，反应后获得电解质前驱体；将所述电解质前驱体烘干后煅烧，得到电解质粉体；将所述电解质粉体依次进行球磨和压片处理，获得电解质压片；将所述电解质压片升温至1000℃～1100℃，并保温烧结1h～3h，完成第一阶段烧结；将所述电解质压片降温至600℃～900℃，并保温烧结6h～8h，完成第二阶段烧结，得到NASICON型锂离子固态电解质。2.如权利要求1所述的NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其特征在于：所述NASICON型锂离子固态电解质的化学式为Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3，0＜x≤1。3.如权利要求1所述的NASICON型锂离子固态电解质的制备方法，其特征在于：在所述第一阶段烧结中，升温速度为3℃/min～5℃/min。4.如权利要求1所述的NASICON型锂离子固态电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚钰，刘敏，胡远森，曹元璞，吴道明，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：