固态电解质的制备方法、镧钛氧化合物及其制备方法技术

本申请提供一种固态电解质的制备方法、镧钛氧化合物及其制备方法和锂电池，其方法包括：将镧钛氧化合物与锂源混合，得到混合料；烧结混合料，得到具有钙钛矿型结构的锂镧钛氧化合物，即固态电解质；其中，镧钛氧化合物的化学式为La

【技术实现步骤摘要】
固态电解质的制备方法、镧钛氧化合物及其制备方法


[0001]本申请涉及绿色能源领域，具体涉及一种固态电解质的制备方法、镧钛氧化合物和锂电池。

技术介绍

[0002]当前，面对能源和生态环境的可持续发展要求，开发具有更高能量密度且环境友好的储能系统具有重要意义。锂离子电池(LB)自商业化以来已占据储能装置的主导地位。锂离子电池已经广范应用于大多电子产品，包括作为大型储能器件应用于电动汽车。广泛使用的锂离子电池大多采用液态电解质，液态电解质在安全上存在隐患，已经危及到锂电池的应用。而相比于液态电解质，无机固态电解质的突出优势在于它的不可燃性，这恰能弥补液态电解质的缺点，此外，其较高的机械强度也能有效地抑制电池循环过程中锂枝晶的刺穿，使锂金属的应用成为可能。这使得研发人员将更多的焦点放在对无机固态电解质的研究中。
[0003]目前大多数的无机固态电解质实用化的最大阻碍是其使用电导率很低，远达不到商用要求的电导率10
‑3S/cm。而钙钛矿型ABO3(A＝La，Sr或Ca；B＝Al或Ti)的无机固态电解质，Li可以引入A位的钙钛矿中，形成锂镧钛氧化合物固态电解质。锂镧钛氧化合物固态电解质的总电导率主要由晶界电导率控制，其室温离子电导率高达10
‑3S/cm以上，接近商业电解液水平。锂镧钛氧化合物固态电解质还具有结构稳定、制备工艺简单、成分可变范围大等优势。
[0004]研究中发现不同的锂镧钛氧化合物合成方法对电解质的结构获得也有一定的影响，因此，合成稳定单一相的锂镧钛氧化合物非常重要，决定着锂镧钛氧化合物固态电解质是否能被大范围的推广应用。常见的合成锂镧钛氧化合物的方法主要包括溶胶
‑
凝胶法、液相沉淀法和固相法，其中，溶胶
‑
凝胶法的合成过程中会使用昂贵的醇盐，导致制备成本较高，该方法仅适合实验室研究；另一种液相沉淀法在合成过程也存在一些的缺陷，例如，很难利用技术手段控制钛盐溶解进程，同样不适用于工业生产；相比而言，固相法因其设备要求简单、原料成本低而成为量产工艺的首选工艺。
[0005]然而，当前市场上以固相法合成锂镧钛氧化合物的工艺难以实现批量化生产，主要原因如下：1)锂源参与反应的时间过长，长时间的高温煅烧会导致能耗较高，并造成锂盐的挥发流失，导致产物锂镧钛氧化合物的单一相不稳定，生成杂质相，最终得到产物纯度、精度较低，无法满足锂镧钛氧化合物固态电解质在锂离子电池中的应用要求；2)由于反应过程中锂源损失较大，在实际生产中往往是根据技术人员的经验添加锂源，从而导致无法批量化生产出单一相稳定的锂镧钛氧化合物。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种固态电解质的制备方法、镧钛氧化合物及其制备方法，提高了产物的纯度和结晶度，同时减少了锂原料的损失和浪费，实现固态电解质的批量化生产。
[0007]本申请第一个方面为提供一种镧钛氧化合物，其包括：
[0008]将镧钛氧化合物与锂源混合，得到混合料；
[0009]烧结所述混合料，得到具有钙钛矿型结构的锂镧钛氧化合物，即所述固态电解质；
[0010]其中，所述镧钛氧化合物的化学式为La
2/3
‑
x
TiO3，其中0<x<0.16。
[0011]可选的，在本申请一些实施例中，所述镧钛氧化合物与所述锂镧钛氧化合物总摩尔比例为(5
‑
3x)：(6x+5)，其中0<x<0.16；和所述锂源的添加量为所述锂镧钛氧化合物中锂的摩尔量的1.05至1.10倍。
[0012]可选的，在本申请一些实施例中，所述烧结的温度900℃
‑
1000℃；和/或，所述烧结的时间8h
‑
20h。
[0013]可选的，在本申请一些实施例中，所述镧钛氧化合物的粒径为5μm
‑
15μm；和/或，
[0014]所述锂源的粒径为5μm
‑
15μm。
[0015]本申请第二个方面为提供一种镧钛氧化合物，其化学式为：La
2/3
‑
x
TiO3，其中0<x<0.16。
[0016]可选的，在本申请一些实施例中，所述镧钛氧化合物的X射线衍射图在32
±
1度、40
±
1度和46
±
1度的2θ角处含有特征衍射峰。
[0017]本申请第三个方面为提供一种镧钛氧化合物的制备方法，其包括：
[0018]将微米级粒径的镧源化合物与微米级粒径的钛源化合物混合，得到混合物；
[0019]对所述混合物进行湿法粉碎，得到含有纳米级粒径的混合颗粒的浆料；
[0020]干燥所述浆料，得到干粉；
[0021]烧结所述干粉，得到镧钛氧化合物。
[0022]可选的，在本申请一些实施例中，所述镧源化合物与所述钛源化合物的摩尔比为(1
‑
5):(2
‑
4)。
[0023]可选的，在本申请一些实施例中，所述烧结的温度为900℃
‑
1200℃；和/或所述烧结的时间为10h
‑
48h；和/或在进行所述混合时，还向所述原料中加入助烧剂；和/或所述助烧剂为氧化物。
[0024]可选的，在本申请一些实施例中，所述混合为湿法混合，所述混合物中固形物的质量百分比浓度为12％
‑
13％；和/或所述干燥为雾化干燥。
[0025]相应的，本申请第四个方面为提供一种锂电池，其包括上述制备方法制得的固态电解质；或包括上述镧钛氧化合物；或包括上述制备方法制得的镧钛氧化合物。
[0026]本申请工艺简单，将预制的镧钛氧化合物与锂源烧结形成锂镧钛氧化合物，与传统的合成方法相比，大大地缩短了锂源参与反应的时间，避免了长时间高温烧结造成锂原料的损失和浪费，从而降低了合成钙钛矿型固态电解质过程中锂原料的成本及损失；同时，可以有效地防止杂质相的形成，解决了现有固相法制备钙钛矿型固态电解质由于无法定量添加锂源，从而无法稳定地形成具有单一相的锂镧钛氧化合物，导致无法实现钙钛矿型固态电解质的批量化生产。
[0027]本申请制备的锂镧钛氧化合物相单一性好，无杂相生成，提高了产物的结晶度和纯度，从而提高了锂镧钛氧化合物的电化学性能，进而提高锂镧钛氧化合物固态电解质的电导率。
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是本申请制备的镧钛氧化合物的X
‑
射线粉末衍射图(XRD)图；
[0030]图2是本申请制备的锂镧钛氧化合物的X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，其包括：将镧钛氧化合物与锂源混合，得到混合料；烧结所述混合料，得到具有钙钛矿型结构的锂镧钛氧化合物，即所述固态电解质；其中，所述镧钛氧化合物的化学式为La
2/3
‑
x
TiO3，其中0<x<0.16。2.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述镧钛氧化合物与所述锂镧钛氧化合物总摩尔比例为(5
‑
3x)：(6x+5)，其中0<x<0.16；和，所述锂源的添加量为所述锂镧钛氧化合物中锂的摩尔量的1.05至1.10倍。3.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度900℃
‑
1000℃；和/或，所述烧结的时间8h
‑
20h。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述镧钛氧化合物的粒径为5μm
‑
15μm；和/或，所述锂源的粒径为5μm
‑
15μm。5.一种镧钛氧化合物，其特征在于，其化学式为：La
2/3
‑
x
TiO3，其中0<x<0.16。6.根据权利要求5所述的镧钛氧化合物，其特征在于，所述镧钛氧化合物的X射线衍射图在32
...

【专利技术属性】
技术研发人员：申彤，谭军豪，张新华，翁启东，周建飞，
申请(专利权)人：湖州南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：