一种磷酸钛铝锂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磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、钛源、铝源与溶剂混合，加入过氧化氢得到溶液A，将磷源和溶剂混合，加入氨水调节pH得到溶液B；(2)将步骤(1)得到的溶液A和溶液B混合，陈化后得到磷酸钛铝锂前驱体；(3)对步骤(2)得到的磷酸钛铝锂前驱体进行烧结处理得到所述磷酸钛铝锂固态电解质，本发明专利技术所述磷酸钛铝锂固态电解质的制备过程中使用廉价易得的无机盐为原料，对反应设备无特殊要求，易于工业化且制得磷酸钛铝锂固态电解质材料品质较高。质较高。质较高。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科技的发展以及双碳时代的来临，锂离子电池已广泛应用于电动汽车、3C电子、储能等领域。然而，近年来频发的锂离子电池起火事件使人们越来越重视锂离子电池的安全性。目前，锂离子电池基本使用液体有机电解液，有机液体可燃性和电池整体的热失控是引发电池安全问题的重要因素。
[0003]与传统的液体电解质相比，固态电解质具有低可燃性、高热稳定性、无泄漏、低爆炸危险等优点，可以大大提高锂离子电池的安全性能，同时又可以提高电池能量，降低成本。NASICON型锂离子导体Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3(LATP)因其良好的稳定性被认为是适合商业化生产的固体电解质材料之一。
[0004]CN111180703A通过将钛酸四正丁酯、九水合硝酸铝、磷酸二氢铵和二水合乙酸锂溶于无水乙醇中，将溶液搅拌至无水乙醇全部挥发，得到干燥的粉末，再将得到的干燥粉末加热，得到了LATP粉末。
[0005]CN111233458A公开了一种磷酸钛铝锂固体电解质材料及其制备方法，制备方法具体包括：(1)将可溶性铝盐和沉淀剂按摩尔比为1:1.5
‑
2的比例混合溶于水，得到混合溶液；再将该混合溶液置于反应釜中加热，产物经过滤、洗涤，烘干，得到AlOOH前驱体；(2)将步骤(1)得到的AlOOH前驱体与锂盐、钛盐和磷盐，按照Li、Al、Ti、P的摩尔比(1+x):x:(2
‑
x):3混合配料，其中x＝0.3
‑
0.5，然后加入乙醇介质球磨后，在干燥的空气气氛中经预烧和二次成型烧结，得到磷酸钛铝锂固体电解质材料。
[0006]上述方案制备磷酸钛铝锂的制备方法存在有制备材料品质差、造价昂贵或制备周期长的问题，因此，开发一种造价低廉、制备简单且品质较好的磷酸钛铝锂制备方法是十分必要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用，本专利技术所述磷酸钛铝锂固态电解质的制备过程中使用廉价易得的无机盐为原料，对反应设备无特殊要求，易于工业化且制得磷酸钛铝锂固态电解质材料品质较高。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将锂源、钛源、铝源与溶剂混合，加入过氧化氢得到溶液A，将磷源和溶剂混合，加入氨水调节pH得到溶液B；
[0011](2)将步骤(1)得到的溶液A和溶液B混合，陈化后得到磷酸钛铝锂前驱体；
[0012](3)对步骤(2)得到的磷酸钛铝锂前驱体进行烧结处理得到所述磷酸钛铝锂固态电解质。
[0013]本专利技术所述磷酸钛铝锂的制备方法中，溶液A中加入H2O2可以使Ti
4+
形成过氧钛酸，溶液B通过加入氨水可以调节pH，控制pH在一定范围内，避免了传统固相法制备LATP存在的元素混合不均匀的问题，同时可以避免溶胶凝胶法中使用有机溶剂、制备周期长或需要加入昂贵的有机金属盐造价昂贵，难以实现工业化生产的弊端，制备成本较低且制得产品品质较高，易于实现工业化。
[0014]优选地，步骤(1)所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂或硫酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述钛源包括硫酸钛和/或硫酸氧钛。
[0016]优选地，所述铝源包括硫酸铝和/或硝酸铝。
[0017]优选地，所述溶剂包括去离子水。
[0018]优选地，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，步骤(1)所述过氧化氢的质量浓度为20～30％，例如：20％、22％、25％、28％或30％等。
[0020]优选地，步骤(1)所述调节pH为9～12，例如：9、9.5、10、11或12等。
[0021]优选地，步骤(2)所述混合的方法包括将溶液A升温后将溶液B泵入溶液A。
[0022]优选地，所述升温的温度为60～80℃，例如：60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等。
[0023]优选地，所述泵入的时间为1～10h，例如：1h、3h、5h、8h或10h等。
[0024]优选地，步骤(2)所述陈化的时间为1～4h，例如：1h、2h、3h或4h等。
[0025]优选地，所述陈化后对混合溶液进行过滤、洗涤和干燥。
[0026]优选地，步骤(3)所述烧结处理的温度为600～1000℃，例如：600℃、700℃、800℃、900℃或1000℃等。
[0027]优选地，所述烧结处理的时间为6～12h，例如：6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等。
[0028]第二方面，本专利技术提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质，所述磷酸钛铝锂固态电解质通过如第一方面所述方法制得。
[0029]优选地，所述磷酸钛铝锂固态电解质的化学式为Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3，x为0.3～0.5，例如：0.3、0.35、0.4、0.5或0.5等。
[0030]优选地，所述磷酸钛铝锂固态电解质为粉末状。
[0031]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第二方面所述的磷酸钛铝锂固态电解质。
[0032]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0033](1)本专利技术所述磷酸钛铝锂的制备方法中，溶液A中加入H2O2可以使Ti
4+
形成过氧钛酸，溶液B通过加入氨水可以调节pH，控制pH在一定范围内，避免了传统固相法制备LATP存在的元素混合不均匀的问题，同时可以避免溶胶凝胶法中使用有机溶剂、制备周期长或需要加入昂贵的有机金属盐造价昂贵，难以实现工业化生产的弊端，制备成本较低且制得产品品质较高，易于实现工业化。
[0034](2)本专利技术所述磷酸钛铝锂固体电解质的电导率可达2.54
×
10
‑4以上。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例1所述磷酸钛铝锂固态电解质的XRD图。
具体实施方式
[0036]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0037]实施例1
[0038]本实施例提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质，所述磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法包括以下步骤：
[0039](1)称取碳酸锂0.37kg、十八水硫酸铝0.7kg、硫酸氧钛2.33kg、磷酸(85％)1.44L，将硫酸氧钛溶于70L纯水后，依次加入十八水硫酸铝、碳酸锂，搅拌溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将锂源、钛源、铝源与溶剂混合，加入过氧化氢得到溶液A，将磷源和溶剂混合，加入氨水调节pH得到溶液B；(2)将步骤(1)得到的溶液A和溶液B混合，陈化后得到磷酸钛铝锂前驱体；(3)对步骤(2)得到的磷酸钛铝锂前驱体进行烧结处理得到所述磷酸钛铝锂固态电解质。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述锂源包括碳酸锂、硝酸锂或硫酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钛源包括硫酸钛和/或硫酸氧钛；优选地，所述铝源包括硫酸铝和/或硝酸铝；优选地，所述溶剂包括去离子水；优选地，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的任意一种或至少两种的组合。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述过氧化氢的质量浓度为20～30％。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述调节pH为9～12。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的方法包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：许开华，贾冬鸣，张坤，李聪，华文超，杨幸，薛晓斐，范亮姣，陈小飞，李雪倩，朱小帅，吕豪，袁文芳，岳先锦，向兴，贡正杰，石佳敏，尹道道，王文广，
申请(专利权)人：荆门市格林美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：