一种陶瓷氧化物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陶瓷氧化物固态电解质及其制备方法，涉及电解质技术领域。陶瓷氧化物固态电解质的制备方法，通过主要原料和添加剂进行制备，包括：将主要原料混合煅烧得到中间粉体，将中间粉体与添加剂混合烧结；其中，添加剂为氟化物，添加剂与中间粉体的质量比为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷氧化物固态电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解质
，具体而言，涉及一种陶瓷氧化物固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]电池在储能以及电动交通工具中扮演了非常重要的角色，但由于传统电池起火、爆炸而导致的人员伤亡事件时有发生，提升电池的安全性已成为电池发展领域最迫切的任务之一。固态电池是目前电池发展最重要的方向之一，固态电池使用的固态电解质不可燃，本身具有超高安全性，搭配金属负极可以同时使电池拥有较高的能量密度和安全性。
[0003]固态电池目前发展的瓶颈除了不良的界面有效融合问题，电解质本身的低离子电导率也是阻碍电池性能的重要瓶颈之一，高的离子电导率可以极大的降低电池内阻，增强电池的倍率和循环性能。然而，目前大多数固态电解质的离子电导率还停留在1
×
10
‑4S/cm级别，电解质的整体阻值大约在200
‑
300欧姆，非主流类别的电解质甚至在千欧姆级别，这种性能的电解质很难作为商业电池的部件使用。
[0004]目前，提升固态电解质性能的工艺有限，大多数使用掺杂的方法提升电解质本征的离子电导率。但是，掺杂对工艺需求较高，掺杂原料需要在称量阶段前计算精确的掺杂原料质量，随后与原料进行混合，部分工艺需要提前将掺杂原料与被取代原料预先球磨，使两相形成固溶体，这增加了合成工艺的繁琐程度和时间成本。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种陶瓷氧化物固态电解质及其制备方法，旨在简化合成及掺杂工艺，并在较低添加剂用量的条件下，显著降低电解质的阻值。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种陶瓷氧化物固态电解质的制备方法，通过主要原料和添加剂进行制备，包括：将主要原料混合煅烧得到中间粉体，将中间粉体与添加剂混合烧结；
[0009]其中，添加剂为氟化物，添加剂与中间粉体的质量比为0.1
‑
10:100。
[0010]在可选的实施方式中，添加剂选自氟化镁、氟化钙、氟化钠和氟化钾中的至少一种；优选为氟化镁。
[0011]在可选的实施方式中，添加剂与中间粉体的质量比为1
‑
3:100；优选为1
‑
2:100。
[0012]在可选的实施方式中，将中间粉体和添加剂混合球磨，再压制成型之后进行烧结。
[0013]在可选的实施方式中，烧结温度为1100
‑
1300℃，烧结时间为10
‑
15h；
[0014]优选地，烧结温度为1150
‑
1250℃，烧结时间为11
‑
13h。
[0015]在可选的实施方式中，中间粉体的制备过程包括：将主要原料混合、球磨及煅烧之后，再次进行球磨；
[0016]优选地，中间粉体的粒径为2
‑
20微米。
[0017]在可选的实施方式中，煅烧温度为1000
‑
1200℃，煅烧时间为10
‑
15h；
[0018]优选地，煅烧温度为1050
‑
1150℃，煅烧时间为11
‑
13h。
[0019]在可选的实施方式中，主要原料采用球磨的方式进行混合，球磨时间为0.5
‑
2h。
[0020]在可选的实施方式中，主要原料根据所制备的陶瓷氧化物固态电解质的种类进行选择；
[0021]优选地，陶瓷氧化物固态电解质的类型为NASICON型固态电解质和石榴石型LLZO中的至少一种；
[0022]更优选地，按质量份数计，主要原料包括磷酸钠十二水31.5
‑
33.1份、二氧化硅18.0
‑
20.0份、二氧化锆33.6
‑
34.1份和碳酸钠11.6
‑
12.8份。
[0023]第二方面，本专利技术提供一种陶瓷氧化物固态电解质，通过前述实施方式中任一项的制备方法制备而得。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：通过在主要原料煅烧之后引入添加剂进行烧结，减少了对原料称量精确度的要求以及球磨的工艺成本，更为重要的是：通过对添加剂种类的选择和用量的调整，可以在极少比例氟化物添加的前提下，就达到显著降低总阻抗的目的，是一种简单、高效的工艺。
附图说明
[0025]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范围的限定，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它相关的附图。
[0026]图1为添加氟化镁的NASICON电解质和商用NASICON的EIS测试结果对比图；
[0027]图2为添加了氟化镁的NASICON样品的扫描电镜图；
[0028]图3为市购电解质的扫描电镜图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0030]现有技术中掺杂原料一般与主要原料一起混合煅烧，需要在称量阶段前精确计算掺杂原料的质量，并且过程中存在多步球磨的工艺，使合成工艺繁琐、时间成本较高。针对现有技术中存在的问题，专利技术人改变了添加剂的加入时间、优化了添加剂的种类以及添加量，提供了一种简单高效的制备工艺。
[0031]本专利技术实施例提供一种陶瓷氧化物固态电解质的制备方法，通过主要原料和添加剂进行制备，包括以下步骤：
[0032]S1、煅烧
[0033]将主要原料混合煅烧得到中间粉体，通过煅烧使原料分解，得到对应的氧化物。在
实际操作过程中，中间粉体的制备过程包括：将主要原料混合煅烧之后，进行球磨以得到粒径满足要求的粉末，中间粉体的粒径可以为2
‑
20微米。
[0034]主要原料根据所制备的陶瓷氧化物固态电解质的种类进行选择，不同种类的陶瓷氧化物固态电解质所对应的主要原料也不同，一般类型的陶瓷氧化物固态电解质的制备工艺均适合于本专利技术实施例中提供的制备方法。不同类型的陶瓷氧化物固态电解质的主要原料的成分为现有技术，在此不做限定。
[0035]在一些实施例中，陶瓷氧化物固态电解质的类型可以为NASICON型固态电解质；按质量份数计，主要原料包括磷酸钠十二水31.5
‑
33.1份、二氧化硅18.0
‑
20.0份、二氧化锆33.6
‑
34.1份和碳酸钠11.6
‑
12.8份。以NASICON型固态电解质的主要原料进行制备，所获得的电解质产品的性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，通过主要原料和添加剂进行制备，包括：将主要原料混合煅烧得到中间粉体，将所述中间粉体与所述添加剂混合烧结；其中，所述添加剂为氟化物，所述添加剂与所述中间粉体的质量比为0.1
‑
10:100。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂选自氟化镁、氟化钙、氟化钠和氟化钾中的至少一种；优选为氟化镁。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂与所述中间粉体的质量比为1
‑
3:100；优选为1
‑
2:100。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述中间粉体和所述添加剂混合球磨，再压制成型之后进行烧结。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，烧结温度为1100
‑
1300℃，烧结时间为10
‑
15h；优选地，烧结温度为1150
‑
1250℃，烧结时间为11
‑
13h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述中间粉体的制备过程包括：将所述主要原料混合、球磨及煅烧之后，再次进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，周鹏飞，赵前，孙楷橦，夏俊超，吴思，朱英浩，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：