一种固态电解质的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种固态电解质的应用：特别涉及一种固态电解质石榴石型LLZO作为电解质材料应用到高温一次电池中，实现高比能量大电流放电应用，属于电化学技术领域。本发明专利技术将LLZO用作高温电池的电解质材料，所述高温一次电池放电体系由正极，负极和LLZO电解质等部分组成。本发明专利技术固态电解质LLZO高温下离子电导率大于0.1Scm

【技术实现步骤摘要】
lithiumthermalbatteryelectrolyte
‑
Li7La3Zr2O
12
preparedbysolidstatemethod.SolidStateIonics2018；326:131
‑
135；
[0007]3.LiQ,LiuH,GaoC,CaoF,WangC,HeY,etal.InvestigationtheelectrochemicalpropertiesofLiCl
‑
LiBr
‑
LiF
‑
dopedLi7La3Zr2O
12
electrolyteforlithiumthermalbatteries.Ionics2020；26(8):3875
‑
3882.)
[0008]上述研究表明，LLZO相结构纯度决定了其离子电导率的高低。纯的立方相LLZO离子电导率远远大于其它相LLZO。本专利技术以高含量立方相LLZO固态电解质粉末作为高温一次电池电解质材料，实现固态电解质高比能量大电流放电能力。其组装的高温一次电池实际比能量高，有效放电时间长，放电性能优异，是一种新型安全可靠易推广的高能量密度高温一次电池固态电解质材料。

技术实现思路

[0009]固态电解质由于其高安全性逐渐得到了广泛的研究，但由于其离子传输为固态以及电极/电解质界面为固固界面，使得其在常温下的离子电导率较低，放电电流密度低，无法实现高比能量大电流放电能力。本专利技术根据固态电解质离子电导率和温度的关系，将固态电解质应用于高温一次电池，使其实现了高比能量大电流放电能力，为新型高温一次电池电解质材料的研究提供了一种新的思路，同时拓宽了固态电解质的应用范围。
[0010]本专利技术一种固态电解质的应用，将固态电解质石榴石型Li7La3Zr2O
12
(LLZO)粉体应用于高温一次电池中；可以在1～500mAcm
‑2放电；所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的立方相含量≥90at.％，其它相含量≤10at.％；；石榴石型Li7La3Zr2O
12
的晶粒尺寸为5
‑
500nm、优选为8
‑
120nm；石榴石型Li7La3Zr2O
12
粉体的粒度为0.1nm～50μm、优选为0.5
‑
30μm。
[0011]作为优选；本专利技术一种固态电解质的应用，所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的应用于高温一次电池中；可以在100～500mAcm
‑2放电。
[0012]作为进一步的优选；本专利技术一种固态电解质的应用，所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的应用于高温一次电池中；可以在200～500mAcm
‑2放电。
[0013]本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池的电解质时，固态电解质离子电导率在180℃以上大于0.1Scm
‑1，低于180℃时小于10
‑5Scm
‑1。
[0014]本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池的电解质时，其固态电解质的相变温度高于180℃。
[0015]本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池的电解质时，Li7La3Zr2O
12
电解质在180℃～500℃间进行放电。
[0016]本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池的电解质时，Li7La3Zr2O
12
粉末粒径为100nm～50μm。
[0017]本专利技术一种固态电解质的应用，所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
中的其他相包括四方相
‑
LLZO、LZO(La2Zr2O7)和La2O3中的至少一种。
[0018]作为优选方案，本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池电解质材料时，Li7La3Zr2O
12
电解质可与NiCl2、NiS2、NiF2、CoS2、FeS2、CuO、Cu2O、NiO、Cr2O3等正极材料任意一种搭配使用。
[0019]作为优选方案，本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池电
解质材料时，Li7La3Zr2O
12
电解质与LiSi、LiAl、LiB合金负极材料任意一种搭配使用。
[0020]作为优选方案，本专利技术一种固态电解质的应用，Li7La3Zr2O
12
用作高温一次电池电解质材料时，组装的高温一次电池正极比能量为360～1200Wh kg
‑1、优选为470～1200Wh kg
‑1、进一步优化为800～1200Wh kg
‑1后本专利技术一种固态电解质的应用，将固态电解质石榴石型Li7La3Zr2O
12
粉体不与导电添加剂混合，直接用做固态电解质；其产品的性能更为优越。
[0021]原理和优势
[0022]1)本专利技术电解质材料有利于提高高温一次电池安全性。目前高温一次电池的电解质是熔盐电解质，工作原理是通过加热系统将不导电的固体熔盐电解质变成熔融离子型导体从而开始放电工作，其在工作的时候为液态，具有良好的流动性，容易发生泄露，本专利技术采用固态电解质材料替代熔盐电解质，有利于提高高温一次电池的安全性。
[0023]2)本专利技术将固态电解质用作高温一次电池的电解质材料，为新型高温一次电池电解质材料的研究提供了一种新的思路。
[0024]3)LLZO电解质可以在500℃～800℃高温下进行放电，具有比LiF
–
LiCl
‑
LiBr 和LiCl
‑
KCl等更高的放电温度；
[0025]4)LLZO电解质可以在180℃～300℃高温下进行放电，具有比LiF
–
LiCl
‑
LiBr 和LiCl
‑
KCl等更低的放电温度(低于350℃)；
[0026]5)本专利技术将固态电解质用作高温一次电池的电解质材料，拓宽了固态电解质的应用范围。
[0027]LLZO相结构决定了其离子电导率的高低。纯的立方相LLZO离子电导率远远大于其它相LLZO。本专利技术优化固态电解质LLZO粒度和晶粒尺寸，提高立方相含量，获得了在180℃以上大于0.1Scm
‑1的高离子电导率。将其作为高温一次电池电解质材料，实现高比能量大电流放电能力。
附图说明
[0028]附图1为实施例1中固态电解质XRD谱图。
[0029]附图2为对比例1中固态电解质XRD谱图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的应用，其特征在于：将固态电解质石榴石型Li7La3Zr2O
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粉体应用于高温一次电池中；可以在1～500mA cm
‑2放电；所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的立方相含量≥90at.％，其它相含量≤10at.％；石榴石型Li7La3Zr2O
12
的晶粒尺寸为5
‑
500nm、优选为8
‑
120nm；石榴石型Li7La3Zr2O
12
粉体的粒度为0.1～50μm、优选为0.5
‑
30μm。2.根据权利要求1所述的一种固态电解质的应用，其特征在于：所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的应用于高温一次电池中；可以在100～500mA cm
‑2放电。3.根据权利要求2所述的一种固态电解质的应用，其特征在于：所述石榴石型Li7La3Zr2O
12
的应用于高温一次电池中；可以在200～500mA cm
‑2放电。4.根据权利要求1所述的一种固态电解质的应用，其特征在于：其固态电解质离子电导率在180℃以上大于0.1Scm
‑1，低于180℃时小于10
‑5Scm
‑1。5.根据权利要求1所述的一种固态电解质的应用，其特征在于：其固态电解质的相变温度高于180℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：符立才，杨敏，周灵平，朱家俊，杨武霖，李德意，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：