一种固态电解质材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种固态电解质材料，为NASICON结构，分子式为Li1‑

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池固态电解质材料领域，具体涉及一种固态电解质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于目前商业化使用的锂离子二次电池主要是采用有机溶剂电解质，存在漏液、燃烧等安全隐患。另外，这类电解质的制造过程中用到的有机溶剂的回收过程也大大增加了电池的制作成本。固态电解质磷酸钛铝锂材料高温煅烧法制备时所需温度在1500℃以上，需要消耗能源较高；而通过溶胶
‑
凝胶法制备时，存在原料混合不均匀，制备的样品存在瑕疵。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述现有技术中锂离子电池有机液体电解质存在安全隐患；固态电解质磷酸钛铝锂高温煅烧法制备能耗过高，溶胶
‑
凝胶法制备时元素分布不均匀等不足，提供一种固态电解质材料，其具有优良的热力学稳定性和电化学性能。
[0004]本专利技术另一目的是提供所述固态电解质材料的制备方法，与传统的制备方法相比，具有煅烧温度低、元素分布均匀、能耗较小等优点。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种固态电解质材料，为NASICON结构，分子式为Li1‑
X
Al
X
Ti2‑
X
(PO4)3，其中X为0.1～0.6。
[0006]优选的，固态电解质材料的分子式为Li
1.5
Al
0.5
Ti
1.5
(PO4)3，其中Li、Al、Ti、P的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3。
[0007]所述固态电解质材料的制备方法，包括的步骤如下：
[0008]a、原料的准备：按Li、Al、Ti、P和络合剂的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3:3称取含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、含磷化合物和络合剂；
[0009]b、混合处理：将含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、络合剂和含磷化合物分散在超纯水中得到无色澄清溶液；
[0010]c、高温焙烧处理：将上述溶液在70～90℃下水浴加热2～5h得到白色溶胶，溶胶在80～140℃下鼓风干燥3～6h得到凝胶；
[0011]d、球磨处理：把上述凝胶在干燥的空气气氛中经成型烧结，得到固态电解质材料，按球料质量比5:1在行星式球磨机上将上述物料球磨。
[0012]所述含钛化合物为二氧化钛、四氯化钛、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、甲氧基钛、丙氧基钛中的一种或两种以上组合。优选为钛酸四乙酯。
[0013]所述络合剂为草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸中的一种或两种以上组合。
[0014]所述含锂化合物为碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、醋酸锂中的一种或两种以上的组合。优选为碳酸锂。
[0015]所述含铝化合物为硝酸铝、三氯化铝、草酸铝、碳酸铝、柠檬酸铝中的一种或两种
以上组合。优选为碳酸铝。
[0016]所述含磷化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸三乙酯、磷酸锂、次磷酸中的一种或两种以上组合。优选为磷酸氢二铵。
[0017]所述固态电解质材料可用于锂离子电池。
[0018]球磨转速为200～350r/min，球磨时间为10～20h。
[0019]烧结的温度为650～1300℃，烧结时的保温时间为6～12h。优选的，烧结的温度为750～950℃。
[0020]一种固态电解质材料的制备方法，包括的步骤如下：取摩尔比为1:2～1:2.1的含钛化合物和络合剂分散在超纯水中形成溶液，超声波处理30min后将Li、Al、Ti、P的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3的含锂化合物、含铝化合物、含磷化合物依次加入上述溶液中制得混合液；将混合液在70～90℃下水浴加热2～5h制得白色溶胶，溶胶在80～140℃下鼓风干燥3～6h制得凝胶；将凝胶在干燥的空气气氛中经成型烧结，球磨后得到固态电解质材料。
[0021]本专利技术采用草酸辅助溶胶
‑
凝胶法制备NASICON结构的电解质材料磷酸钛铝锂。该方法制备的材料各元素间分布均匀、煅烧温度较低(<1000℃)、在室温下具有较高的离子电导率(>10
‑4S/cm)，较宽的电化学窗口、良好的热/化学稳定性和机械强度，是具有广阔的应用前景的全固态锂离子电池所用电解质材料之一。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下突出效果：
[0023](1)制备方法中未使用任何有毒、有害的有机溶剂，不用担心环境污染，有机溶剂回收等问题；
[0024](2)制备的含固态电解质材料磷酸钛铝锂做到了高电化学窗口、较好的界面相容性、高离子电导率、高离子迁移数；
[0025](3)制备固态电解质材料磷酸钛铝锂的原料易得，制备工艺简单，易于操作。
附图说明
[0026]图1为实施例1制得的固态电解质材料的扫描电镜图；
[0027]图2为实施例1制得的固态电解质材料的X射线衍射图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，需要说明的是，实施例并不构成对本专利技术要求保护范围的限制。
[0029]对本专利技术固态电解质材料(磷酸钛铝锂)可以进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)测定。
[0030]实施例1
[0031]一种固态电解质材料的制备方法，其步骤如下：
[0032]a、称取0.15mol的钛酸四乙酯、0.3mol的柠檬酸、0.15mol的碳酸锂、0.05mol的碳酸铝、0.3mol的磷酸氢二铵；
[0033]b、依次将上述组分分散到配有30mL超纯水的容器中，形成混合液，将混合液超声波处理30min；
[0034]c、将上述混合液80℃下水浴加热4h制得白色溶胶，将溶胶在120℃下鼓风干燥10h
制得白色凝胶；
[0035]d、把上述凝胶在空气气氛中800℃下烧结8h制得固态电解质材料磷酸钛铝锂，待烧结后得到的固态电解质材料冷却至室温后按球料比5:1在行星式球磨机上球磨。
[0036]实施例2
[0037]一种固态电解质材料的制备方法，其步骤如下：
[0038]a、称取0.15mol的二氧化钛、0.3mol的柠檬酸、0.15mol的氯化锂、0.05mol的氯化铝、0.3mol的磷酸氢二铵；
[0039]b、依次将上述组分分散到配有40mL超纯水的容器中，形成混合液，将混合液超声波处理20min；
[0040]c、将上述混合液90℃下水浴加热2h制得白色溶胶，将溶胶在130℃下鼓风干燥8h制得白色凝胶；
[0041]d、把上述凝胶在空气气氛中750℃下烧结10h制得固态电解质材料磷酸钛铝锂，待烧结后得到的固态电解质材料冷却至室温后按球料比5:1在行星式球磨机上球磨。
[0042]实施例3
[0043]一种固态电解质材料的制备方法，其步骤如下：
[0044]a、称取0.15mol的钛酸四丁酯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质材料，其特征在于，分子式为Li1‑
X
Al
X
Ti2‑
X
(PO4)3，其中X为0.1～0.6。2.根据权利要求1所述的一种固态电解质材料，其特征在于，Li
1.5
Al
0.5
Ti
1.5
(PO4)3。3.根据权利要求1或者2所述的一种固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括的步骤如下：a、原料的准备：按Li、Al、Ti、P和络合剂的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3:3称取含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、含磷化合物和络合剂；b、混合处理：将含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、络合剂和含磷化合物分散在超纯水中得到无色澄清溶液；c、高温焙烧处理：将上述溶液在70～90℃下水浴加热2～5h得到白色溶胶，溶胶在80～140℃下鼓风干燥3～6h得到凝胶；d、球磨处理：把上述凝胶在干燥的空气气氛中经成型烧结，得到固态电解质材料，将固态电解质材料球磨。4.根据权利要求1或者2所述的一种固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述含钛化合物为二氧化钛、四氯化钛、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、甲氧基钛、丙氧基钛中的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1或者2所述的一种固态电解质材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢德龙，李威红，谢于辉，吴枫，徐昆，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：