一种锂镧锆钽氧固态电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂镧锆钽氧固态电解质及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：将锂源、锆源、镧源、钽源、助烧剂和第一溶剂混合，干燥后进行烧结，将得到的烧结产物与第二溶剂混合并进行陶瓷膜洗涤，得到所述锂镧锆钽氧固态电解质。本发明专利技术提供的制备方法对批量化制备的锂镧锆钽氧材料进行高纯化处理，可以有效降低PH值、碱含量、铁等磁性元素含量，氯离子和硫酸根离子有效除去，从而使得材料可直接用于固态电池领域，同时锂离子电导率的提高，有益于固态电池性能的提升。益于固态电池性能的提升。益于固态电池性能的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂镧锆钽氧固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种锂镧锆钽氧固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]传统燃油汽车的大规模使用被认为是导致石油资源的逐渐枯竭，温室效应日益增加的原因之一。针对上述问题，国内外汽车厂商和机构推出正在逐步采用电动汽车取代传统燃油汽车。液态锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长等优点被汽车厂商采用为电池汽车的主要动力电源。随着电动汽车行业的日益发展，目前液态锂离子电池逐步满足不了要求，如里程要求、安全要求等。目前搭载锂电池的电动汽车出现了起火燃烧等问题，引起上述安全问题的主要原因在于锂电池中液态电解液的使用。
[0003]相比于液态电解液，固态电解质得益于其高安全、高能量密度的优点逐渐引起电动车行业的关注。在这些固态电解质中石榴石结构的锂镧锆钽氧具有室温锂离子电导率高和对锂金属和空气的稳定性被认为是有望商业应用的材料。现阶段对锂镧锆钽氧的制备与研究主要集中在实验室中，这严重制约了其用于商业化的进展，目前也有部分企业开始开发批量化制备。从克级到批量化级制备这其中有许多的问题需要解决和优化，包括前驱体混料工艺，烧结工艺，材料后续处理等。
[0004]对于固相高温烧结法批量化制备锂镧锆钽氧粉体，目前存在表面含有残余的杂物如氯离子、铁元素等磁性杂物，继而可能导致浆料凝胶、离子电导率低的问题，从而影响后续该电解质材料在固态电池领域使用。
[0005]CN111211272A公开了一种涂层隔膜、涂覆浆料和制备方法，该方案中锂镧锆钽氧采用以下方法制备，1)将氢氧化锂、氧化镧、氧化锆、氧化钽加入异丙醇，分散均匀，得到混合物A；2)将混合物A加入球磨机，进行球磨；3)将球磨后的混合物A烘干，再进行研磨；4)将研磨后的混合物A烧结4
‑
6h，则得到烧结粉末；5)使用清洗剂对烧结粉末进行清洗；6)清洗完成后，用100
‑
120℃干燥4
‑
8h，获得所述锂镧锆钽氧。
[0006]CN112289931A公开了一种忆阻器的制备方法、忆阻器及存储器件。该方案公开了制备LLZTO固态电解质的方法包括：将LiOH
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H2O、La2O3、Ta2O5及ZrO2混合得到锂镧锆钽氧固体粉末；对所述锂镧锆钽氧固体粉末进行球磨处理；将球磨处理后的锂镧锆钽氧固体粉末进行高温处理，得到LLZTO固态电解质。
[0007]但是上述方法均存在锂镧锆钽氧中存在杂质，影响后续作为固态电解质进行使用的问题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂镧锆钽氧固态电解质及其制备方法和应用。本专利技术提供的方法可对批量化制备的锂镧锆钽氧材料进行高纯化处理，从而使得材料可直接用于固态电池领域，同时锂离子电导率的提高，有益于固态电池性
能的提升。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，所述方法包括以下步骤：将锂源、锆源、镧源、钽源、助烧剂和第一溶剂混合，干燥后进行烧结，将得到的烧结产物与第二溶剂混合并进行陶瓷膜洗涤，得到所述锂镧锆钽氧固态电解质。
[0011]本专利技术提供的方法采用陶瓷膜洗涤(即用陶瓷膜洗机进行洗涤)对材料进行纯化处理，可获得超高纯度的锂镧锆钽氧材料，通过采用不同筛分级别的陶瓷膜管，以及不同的清洗用溶剂，从而实现杂物与粉体材料分离，达到纯化的目的；同时采用该方法能够对材料进行连续化的处理。该方法可以有效降低PH值、碱含量、铁等磁性元素含量，氯离子和硫酸根离子有效除去，从而使得材料可直接用于固态电池领域，同时锂离子电导率的提高，有益于固态电池性能的提升。
[0012]本专利技术提供的制备方法得到的锂镧锆钽氧固态电解质可以通过测试锂离子电导率、PH、碱含量、元素含量以及有残留的机物杂质来评估洗涤纯化的效果。可采用EIS法测试其离子电导率，PH，滴定法氢氧根和碳酸根，ICP测试磁性元素铁、镍、锌等，离子色谱仪测试S酸根、Cl离子含量。
[0013]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述锆源包括氧化锆或氢氧化锆。
[0016]优选地，所述镧源包括氧化镧或氢氧化镧。
[0017]优选地，所述钽源包括氧化钽或硝酸钽。
[0018]优选地，所述助烧剂包括氧化铝或硝酸铝。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述锂源、镧源、锆源、钽源和助烧剂的质量比为(18.9～20.4):(2～32):14.1:(3.6～10.8):1，例如20.4:32:14.1:3.6:1、19.6:32:14.1:7.2:1或18.9:2:14.1:10.8:1。
[0020]优选地，所述第一溶剂包括异丙醇、正丁醇或乙醇中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述锂源、锆源、镧源、钽源和助烧剂的总质量与所述第一溶剂质量之比为(0.2～0.8):1，优选为0.5:1。
[0022]优选地，所述将锂源、锆源、镧源、钽源、助烧剂和第一溶剂混合的方法包括砂磨机混合。
[0023]优选地，所述干燥的方法包括喷雾干燥。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，所述烧结的温度为850
‑
950℃，例如850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃或950℃等。本专利技术中，如果烧结的温度过高，会导致锂元素挥发严重，产生杂相；如果烧结的温度过低，会导致结晶成四方相与立方相的混合晶相。
[0025]优选地，所述烧结的时间为7
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9h，例如7h、7.5h、8h、8.5h或9h等。
[0026]作为本专利技术优选的技术方案，所述第二溶剂包括乙醇、异丙醇、N
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甲基吡咯烷酮、
N,N
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二甲基甲酰胺或去离子水中的任意一种或至少两种的组合。
[0027]优选地，所述将得到的烧结产物与第二溶剂混合的方法为搅拌分散。
[0028]优选地，所述陶瓷膜洗涤使用的陶瓷膜管的孔径为10
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200nm，例如10nm、50nm、100nm、150nm或200nm等。本专利技术中，如果陶瓷膜管的孔径过大，会导致不能够有效出去杂质，同时清洗的粉体中粒度小的被清洗出去，造成浪费；如果陶瓷膜管的孔径过小，会导致清洗效率低下，容易堵住孔度，造成使用不便。
[0029]优选地，所述陶瓷膜洗涤中，烧结产物与第二溶剂的质量比为20
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200，例如20、50、100、150或200等。本专利技术中，如果烧结产物相对于第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将锂源、锆源、镧源、钽源、助烧剂和第一溶剂混合，干燥后进行烧结，将得到的烧结产物与第二溶剂混合并进行陶瓷膜洗涤，得到所述锂镧锆钽氧固态电解质。2.根据权利要求1所述的锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、草酸锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锆源包括氧化锆或氢氧化锆；优选地，所述镧源包括氧化镧或氢氧化镧；优选地，所述钽源包括氧化钽或硝酸钽；优选地，所述助烧剂包括氧化铝或硝酸铝。3.根据权利要求1或2所述的锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂源、镧源、锆源、钽源和助烧剂的质量比为(18.9～20.4):(2～32):14.1:(3.6～10.8):1；优选地，所述第一溶剂包括异丙醇、正丁醇或乙醇中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述锂源、锆源、镧源、钽源和助烧剂的总质量与所述第一溶剂质量之比为(0.2～0.8):1优选地，所述将锂源、锆源、镧源、钽源、助烧剂和第一溶剂混合的方法包括砂磨机混合；优选地，所述干燥的方法包括喷雾干燥。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为850
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950℃；优选地，所述烧结的时间为7
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9h。5.根据权利要求1
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4任一项所述的锂镧锆钽氧固态电解质的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂包括乙醇、异丙醇、N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基甲酰胺或去离子水中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述将得到的烧结产物与第二溶剂混合的方法为搅拌分散；优选地，所述陶瓷膜洗涤使用的陶瓷膜管的孔径为10
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200nm；优选地，所述陶瓷膜洗涤中，烧结产物与第二溶剂的质量比为20
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200；优选地，所述陶瓷膜洗涤之后，还包括对洗涤后得到的纯化产物进行烘干；优选地，所述烘干的温度为60
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120℃；优选地，所述烘干的方式为真空干燥、鼓风干燥或喷雾干燥中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求1
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将锂源、锆源、镧源、钽源、助...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊伟强，谢普，李艳红，石兴菊，尚旭，梁世硕，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：