本发明专利技术提供一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，在马弗炉中煅烧氧化镧以除去杂质；取出制备LLZO所需的原料一水合氢氧化锂、氧化镧和氧化锆以及掺杂原料氧化镓和氧化钽，以一定的原子比混合后进行球磨、烘干以及过筛；将混合后的原料放入马弗炉中煅烧，使原料发生反应形成LLZO；再次对煅烧后获得的LLZO母粉进行球磨、烘干以及过筛；LLZO母粉放入模具中压制成圆片，将圆片放入马弗炉中进行烧结，烧结完成后用砂纸打磨除去表面残渣。所述提高LLZO离子电导率的方法为寻找一种简便的提高LLZO离子电导率的方法，使LLZO的离子电导率获得一个数量级以上的提升。该设计的优点在于仅通过掺杂方法就可以提高LLZO的关键电化学性能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法
[0001]本专利技术涉及一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，应用于全固态锂离子电池制造领域。
技术介绍
[0002]固态电解质是近些年来的研究热点，相较于目前商用的液态电解质，固态电解质具有较高的化学稳定性，一方面能够和高能正极材料以及锂负极配合组成全固态电池，另一方面能够避免目前锂离子电池中漏液导致的燃烧、爆炸等危险事故的出现，在储能、动力、电子设备中都有很好的应用前景。
[0003]LLZO是固态电池中研究较多的一种材料，具有高离子电导率、宽电化学窗口、能量密度高等优点。在立方相LLZO中，LaO8十二面体和ZrO6八面体构成框架，锂离子存在于框架中的四面体和八面体间隙之中，对应的位置分别为24d、48g和96h，锂离子在这三个点位中不断跳跃形成运动。
[0004]掺杂是一种常用的改变材料晶体结构的方法。LLZO中存在三种位置的掺杂，分别为Li位掺杂、La位掺杂和Zr位掺杂。Li位掺杂可以直接改变载流子锂离子的原子占比，同时也可以改变锂离子运动通路的大小，对离子电导率有很大的影响。Zr位掺杂能够直接改变晶体骨架ZrO6八面体的结构，对离子电导率也有一定的影响。通过多点位的掺杂有可能使掺杂元素形成协同效应并达到提高离子电导率的效果。
技术实现思路
[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法。
[0006]本专利技术目的通过下述方案实现：一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，通过掺杂镓和钽来改变晶体结构从而提高离子电导率，包括如下的步骤：（1）在马弗炉中煅烧氧化镧以除去杂质；（2）取出制备LLZO所需的原料一水合氢氧化锂、氧化镧和氧化锆以及掺杂原料氧化镓和氧化钽，以一定的原子比混合后进行球磨、烘干以及过筛；（3）将混合后的原料放入马弗炉中煅烧，使原料发生反应形成LLZO；（4）再次对煅烧后获得的LLZO母粉进行球磨、烘干以及过筛；（5）将步骤（4）得到的LLZO母粉放入模具中压制成圆片，将圆片放入马弗炉中进行烧结，烧结完成后用砂纸打磨除去表面残渣。
[0007]制备得到的掺杂LLZO粉末晶体结构为立方相，不包含四方相LLZO或其他杂质。
[0008]采用镓和钽作为掺杂元素使LLZO的晶格发生一定程度的变化，使锂离子运动的阻力减小并达到提升离子电导率的目标。
[0009]在上述方案基础上，步骤（1）中，煅烧的温度为900℃，煅烧时间为12小时。
[0010]在上述方案基础上，步骤（2）中，LLZO原料中元素锂、镧和锆的原子比为7:3:2，掺
杂元素镓和钽的原子比分别为Ga=0.3和Ta=0.2或0.4。
[0011]在上述方案基础上，步骤（5）中，LLZO母粉在马弗炉中的烧结温度为1200℃，烧结时间为2小时，升温速率为5℃/min。
[0012]所述提高LLZO离子电导率的方法为寻找一种简便的提高LLZO离子电导率的方法，使LLZO的离子电导率获得一个数量级以上的提升。该设计的优点在于仅通过掺杂方法就可以提高LLZO的关键电化学性能。在保留LLZO固相烧结法工艺步骤不变的情况下，通过不同的掺杂元素配比来改变LLZO的微观晶体结构，使锂离子在LLZO固态电解质中的运动更加容易从而大幅提高离子电导率。
[0013]本专利技术提高LLZO离子电导率的方法为寻找一种提高LLZO离子电导率的方法，通过在混合原料时加入氧化镓和氧化钽作为掺杂元素来源，利用镓和钽元素与锂和锆元素略有不同的价态和原子尺寸等特性，使LLZO的晶体结构发生一定程度的畸变，使锂离子在晶格空隙中运动时收到的阻力减小，达成提高离子电导率的效果。该方法操作简单，不改变LLZO固相烧结法原有的工艺步骤，易于大批量实际生产，具有良好的应用前景。
附图说明
[0014]图1 为实施例1中制备完成的LLZO的Nyquist图；图2 为实施例2中制备完成的LLZO的Nyquist图。
具体实施方式
[0015]本专利技术通过下面具体实例进行详细的描述，但是本专利技术的保护范围不受限于这些实施例子。
[0016]实施例1一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，通过掺杂镓和钽元素改变晶体结构并提高离子电导率，按以下步骤：（1）在马弗炉中煅烧氧化镧以除去杂质，煅烧的温度为900℃，煅烧时间为12小时；（2）取出制备LLZO所需的原料一水合氢氧化锂、氧化镧和氧化锆以及掺杂原料氧化镓和氧化钽，以原子比Li:La:Zr:Ga:Ta=7:3:2:0.3:0.2混合后进行球磨、烘干以及过筛；（3）将混合后的原料放入马弗炉中煅烧，使原料发生反应形成LLZO；（4）再次对煅烧后获得的LLZO母粉进行球磨、烘干以及过筛；（5）将步骤（4）得到的烘干以及过筛后的LLZO母粉放入模具中压制成圆片，将圆片放入马弗炉中1200℃烧结2小时，升温速率为5℃/min，烧结完成后用砂纸打磨除去表面残渣。
[0017]制备完成的LLZO的Nyquist图见图1。
[0018]实施例2一种提高LLZO离子电导率的方法，与实施例1相比在步骤（2）中改变Ta元素的原子比，按如下步骤：（1）在马弗炉中煅烧氧化镧以除去杂质，煅烧的温度为900℃，煅烧时间为12小时；（2）取出制备LLZO所需的原料一水合氢氧化锂、氧化镧和氧化锆以及掺杂原料氧化镓和氧化钽，以原子比Li:La:Zr:Ga:Ta=7:3:2:0.3:0.4混合后进行球磨、烘干以及过筛；
（3）将混合后的原料放入马弗炉中煅烧，使原料发生反应形成LLZO；（4）再次对煅烧后获得的LLZO母粉进行球磨、烘干以及过筛；（5）将步骤（4）得到的LLZO母粉放入模具中压制成圆片，将圆片放入马弗炉中1200℃烧结2小时，升温速率为5℃/min，烧结完成后用砂纸打磨除去表面残渣。
[0019]制备完成的LLZO的Nyquist图见图2所示。
[0020]表1为在两个实施例中制备完成的Ga
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Ta掺杂LLZO与未掺杂LLZO在室温下的离子电导率对比：。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，其特征在于，采用镓和钽作为掺杂元素使LLZO的晶格发生一定程度的变化，使锂离子运动的阻力减小并达到提升离子电导率，包括以下步骤：（1）取出制备LLZO所需的原料一水合氢氧化锂、氧化镧和氧化锆以及掺杂原料氧化镓和氧化钽，其中，元素锂、镧和锆的原子比为7:3:2，掺杂元素镓和钽的原子比分别为Ga=0.3和Ta=0.2或0.4，混合后进行球磨、烘干以及过筛；（2）将混合后的原料放入马弗炉中煅烧，使原料发生反应形成LLZO；（3）再次对煅烧后获得的LLZO母粉进行球磨、烘干以及过筛；（4）将步骤（3）得到的烘干以及过筛后的LLZO母粉放入模具中压制成圆片，将圆片放入马弗炉中进行烧结，烧结完成后用砂纸打磨除去表面残渣。2.根据权利要求1中所述提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，其特征在于，制备得到的掺杂LLZO粉末晶体结构为立方相，不包含四方相LLZO或其他杂质。3.根据权利要求1中所述提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化镧在马弗炉中煅烧以除去杂质，煅烧的温度为900℃，煅烧时间为12小时。4.根据权利要求1中所述提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，其特征在于，步骤（4）中，LLZO母粉在马弗炉中1200℃烧结2小时，升温速率为5℃/min。5.根据权利要求1至4中任一项所述提高固态电解质LLZO离子电导率的方法，其特征在于，按以...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，周霖，张芳，李天昊，李梦飞，刘鹏飞，卞云超，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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