一种固态电池电解质及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术属于固态电池电解质材料制备技术领域，特别涉及一种固态电池电解质及其制备方法和锂离子电池。该固态电池电解质包括固态电解质和多元烧助剂，多元助烧剂会覆盖在固态电解质颗粒表面，所述多元烧助剂包括Li3PO4、LiBO2和Li3SiO3中的一种以上。本发明专利技术结合简单的固相法反应，将多元助烧剂均匀引入到锂离子超离子导体电解质Li

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池电解质及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于固态电池电解质材料制备
，特别涉及一种固态电池电解质及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池作为一种储能装置，已广泛应用于商用的电子产品和电动汽车中。然而，大多数商用锂离子电池使用的液态电解质抗氧化性差、易燃性高以及与锂金属负极的兼容性差，因此带来了严重的安全问题。用固态电解质替代有机液态电解质被认为是可以彻底解决安全问题的方法。目前，已经研究出一系列的固态电解质，包括LISICON型、钙钛矿型、石榴石型和NASICON型等。在这些固态电解质中，NASICON型固态电解质Li
1+x
A
lx
Ti2‑
x
(PO4)3(LATP)因其高的离子电导率和电化学窗口以及良好的空气稳定性而备受关注。此外，LATP陶瓷具有较高的杨氏模量和剪切模量，这将抑制锂枝晶生长进而解决了锂离子电池的安全问题。但是LATP固态电解质与高能量密度锂金属负极之间涉及到Ti
4+
还原为Ti
3+
的界面副反应大大降低了其晶界离子电导率，因此，改善NASICON型氧化物电解质LATP晶界环境成为目前最主要的研究热点之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种固态电池电解质及其制备方法和锂离子电池，具体技术方案如下：
[0004]本专利技术第一方面提供一种固态电池电解质，包括固态电解质和多元烧助剂，多元助烧剂覆盖在固态电解质颗粒表面，所述多元烧助剂包括Li3PO4、LiBO2和Li3SiO3中的一种以上。
[0005]所述固态电解质包括LISICON型、钙钛矿型、石榴石型和NASICON型，优选为NASICON型，更优选为Li
1+x
A
lx
Ti2‑
x
(PO4)3，0.1＜x＜1；如Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3。
[0006]所述固态电解质的制备方法不限，可以使用固相法、溶胶凝胶法等工艺制备得到，如以碳酸锂、氧化铝、二氧化钛、磷酸二氢铵为原料经固相法制备NASICON型固态电解质。在本专利技术的具体实施方案中，选用固相法制备Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3，进一步地，以碳酸锂、氧化铝、二氧化钛、磷酸二氢铵为原料经固相法制备固态电解质Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3。更进一步地，将碳酸锂、氧化铝、二氧化钛、磷酸二氢铵以摩尔比1.3：0.3：1.7：3溶解在无水乙醇中球磨，然后经离心、干燥、煅烧制备得到固态电解质。在一些具体实施方式中，所述球磨速率为300r/min，球磨时间为5h；离心速率为8000r/min，离心时间10min；煅烧温度为900℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h。
[0007]进一步地，所述多元烧助剂包括Li3PO4、LiBO2、Li3PO4‑
LiBO2、Li3PO4‑
Li3SiO3或Li3PO4‑
LiBO2‑
Li3SiO3，优选Li3PO4、LiBO2、Li3PO4‑
LiBO2。
[0008]进一步地，所述多元烧助剂为将相应的一元烧助剂混合、溶解在无水乙醇中球磨，经离心、干燥得到多元烧助剂。
[0009]在一些具体实施方式中，以二元烧助剂Li3PO4‑
LiBO2为例，将Li3PO4和LiBO2按质量比为1：1混合均匀后，溶解在无水乙醇中进行球磨，球磨速率为300r/min，球磨时间5h，球磨后经过离心洗涤，将复合型混合物做烘干处理，得到二元烧助剂Li3PO4‑
LiBO2。
[0010]进一步地，将固态电解质和多元烧助剂在聚合物水溶液混合后，经机械压片、一次煅烧、二次煅烧得到；其中聚合物水溶液优选聚乙烯醇水溶液或聚乙二醇水溶液。
[0011]所述多元烧助剂的质量分数为0.5
‑
2％，如0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2.0％；优选为1.0％。
[0012]在一些具体实施方式中，先将固态电解质和多元烧助剂分别球磨、混合均匀、离心洗涤、烘干后备用。其中，球磨速率为300r/min，球磨时间为5h，球磨完成后的产物进行离心洗涤，溶剂为无水乙醇，离心速率为8000r/min，离心时间10min，所得产物转移至鼓风干燥箱中干燥处理。
[0013]在一些具体实施方式中，将固态电解质和多元烧助剂经前述处理后的混合物加入聚乙烯醇(PVA)水溶液研磨均匀，进行机械压片。其中，聚乙烯醇(PVA)水溶液的质量浓度为5％。具体操作为：每混合物1.05g，加入600μL的PVA水溶液。
[0014]进一步地，所述一次煅烧的温度为30℃～500℃，一次煅烧的目的是排胶。
[0015]在一些具体实施方式中，一次煅烧的具体操作为：将压片放入氧化铝坩埚中，在马弗炉中从30℃到500℃进行煅烧，先从30℃升温至300℃，升温速率为2℃/min，继续升温至500℃，升温速率为1℃/min，保温时间为1h，然后自然冷却至室温。
[0016]进一步地，所述二次煅烧的温度为800℃～900℃，优选800℃～850℃。
[0017]在一些具体实施方式中，二次煅烧的具体操作为：在一次煅烧后加入母粉，在马弗炉中中煅烧，煅烧温度低至800℃，升温速率为5℃/min，保温时间为5h。
[0018]本专利技术第二方面提供一种固态电池电解质的制备方法，包括步骤：
[0019](1)将Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3固态电解质和多元烧助剂分别球磨后混合均匀并烘干；
[0020](2)将步骤(1)所得混合物在聚乙烯醇水溶液中研磨均匀，并机械压片；
[0021](3)将步骤(2)所得压片在空气氛围下煅烧做排胶处理；
[0022](4)将步骤(3)排胶后，加入Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3固态电解质母粉，在空气气氛下煅烧。
[0023]所述多元烧助剂选自Li3PO4、LiBO2和Li3SiO3中的一种以上；和/或，所述步骤(4)的煅烧温度为800℃～900℃，优选800℃～850℃。
[0024]本专利技术第三方面提供一种锂离子电池，包括专利技术第一方面提供的所述固态电池电解质或者本专利技术第二方面提供的制备方法制备的固态电池电解质。
[0025]本专利技术的有益效果为：
[0026](1)本专利技术结合简单的固相法反应，将多元助烧剂均匀引入到锂离子超离子导体电解质Li
1.3
Al
0.3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池电解质，其特征在于，包括固态电解质和多元烧助剂，多元助烧剂覆盖在固态电解质颗粒表面，所述多元烧助剂包括Li3PO4、LiBO2和Li3SiO3中的一种以上。2.根据权利要求1所述的固态电池电解质，其特征在于，所述固态电解质包括LISICON型、钙钛矿型、石榴石型和NASICON型，优选为NASICON型，更优选为Li
1+x
A
lx
Ti2‑
x
(PO4)3，0.1＜x＜1。3.根据权利要求1所述的固态电池电解质，其特征在于，所述多元烧助剂包括Li3PO4、LiBO2、Li3PO4‑
LiBO2、Li3PO4‑
Li3SiO3或Li3PO4‑
LiBO2‑
Li3SiO3，优选Li3PO4、LiBO2、Li3PO4‑
LiBO2。4.根据权利要求1所述的固态电池电解质，其特征在于，将固态电解质和多元烧助剂在聚合物水溶液混合后，经机械压片、一次煅烧、二次煅烧得到。5.根据权利要求1所述的固态电池电解质，其特征在于，所述多元烧助剂的质量分数为0.5
‑
2％，优选为1％。6.根据权利要求4所述的固态电池电解质，其特征在于，所述一次煅烧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：申韶鹏，陈哲，唐庚，李洪基，魏博，岳俊培，陈奕倩，张亮，韩丹丹，郑金池，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网新疆电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：