一种用于固态电池的固体电解质片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于固态电池的固体电解质片及其制备方法，包括以下步骤：步骤S1：将原料粉末分别进行煅烧处理；步骤S2：按化学式中的化学计量比，称取经煅烧处理的原料粉末；步骤S3：将称取的粉末进行混合，得到混合粉末，加入球磨剂进行球磨，得到均匀的混合浆料后，进行烘干得到球磨后的混合粉末；步骤S4：将球磨后的混合粉末进行一次烧结，得到固体电解质前驱体粉末后，将前驱体粉末压成片，二次烧结，得到固体电解质片；步骤S5：对固体电解质片进行打磨抛光后，在固体电解质片的一底面滴加氢氟酸溶液，进行烘干，在固体电解质片的相对的另一底面滴加氢氟酸溶液，进行烘干，完成制备。本发明专利技术提升了锂镧锆钽氧固体电解质的性能。发明专利技术提升了锂镧锆钽氧固体电解质的性能。发明专利技术提升了锂镧锆钽氧固体电解质的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于固态电池的固体电解质片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体电池材料领域，具体涉及一种用于固态电池的固体电解质片及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，化石能源面临危机并且给环境带来了严重的危害。新型的可替代能源以及高效储能系统获得了越来越多的关注。由于太阳能、风能和水能这些绿色新能源都难以存储，因此，储能装置在现代生产生活中尤为重要。其中，在商业化的便携式电化学储能装置中，锂离子电池的运用最为普遍。锂电池由正极、隔膜、负极、电解液和电池外壳组成，因其电压高、比能量大，目前广泛应用于手机、笔记本电脑中。传统的锂离子电池普遍使用有机液态电解质，虽然其具有相对较低的离子电阻，但是使用液态电解质有很多缺陷，比如存在安全隐患(电解质泄露易燃易爆)，有效使用寿命短，价格昂贵，能量密度低等。将固态电解质与液态电解质比较后发现，固态电解质比液态电解质更稳定、安全、可靠。
[0003]但是固态电解质锂离子电池的理论能量密度为350～400W
·
h/kg，实际的能量密度仅为100～220W
·
h/kg，难以满足先进储能和动力应用对能量密度不断增长的需求。针对上述问题，人们开发出了锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质，从而提高了固态电解质的电导率，但是锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质仍然存在以下一系列问题：
[0004](1)锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质与锂金属之间存在巨大的界面阻抗；
[0005](2)锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质在空气中不稳定，易与空气中的水分和二氧化碳反应，从而在LLZO表面产生大量的碳酸锂；
[0006](3)锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质容易形成锂枝晶而导致短路；
[0007](4)锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质易与电解液(LE)反应，造成巨大的LLZTO/电解液界(LE)面阻抗。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于固态电池的固体电解质片及其制备方法，解决了现有技术中的锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质与锂金属之间存在巨大的界面阻抗、表面易产生大量碳酸锂、易形成锂枝晶以及易与电解液发生反应的技术问题，从而达到提升锂镧锆钽氧(LLZTO)固体电解质性能的目的。
[0009]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种用于固态电池的固体电解质片的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤S1：将氢氧化锂粉末、氧化镧粉末、氧化锆粉末以及氧化钽粉末分别进行煅烧处理；
[0012]步骤S2：按化学式Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
中的化学计量比，称取经煅烧处理的氢氧化锂粉末、氧化镧粉末、氧化锆粉末以及氧化钽粉末，其中，所述氢氧化锂粉末在按化学计量比称取的基础上，按质量百分比计，再过量称取2％～40％；
[0013]步骤S3：将步骤S2称取的所有粉末进行混合，得到混合粉末，加入球磨剂进行球磨，得到均匀的混合浆料后，进行烘干得到球磨后的混合粉末；
[0014]步骤S4：将球磨后的混合粉末进行一次烧结，得到固体电解质前驱体粉末后，将所述固体电解质前驱体粉末压成片，进行二次烧结，得到固体电解质片；
[0015]步骤S5：对固体电解质片进行打磨抛光后，在所述固体电解质片的一底面滴加氢氟酸溶液，进行烘干，在所述固体电解质片的相对的另一底面再滴加氢氟酸溶液，进行烘干，完成制备。
[0016]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S5中，按质量百分比计，所述氢氟酸溶液的浓度为15％～50％，所述氢氟酸溶液的滴加量为20～100μL。
[0017]作为本专利技术优选的实施方式，按质量百分比计，所述氢氟酸溶液的浓度为2 5％～45％。
[0018]作为本专利技术优选的实施方式，按质量百分比计，所述步骤S5中，所述氢氟酸溶液的浓度为0.1％～15％，所述氢氟酸溶液的滴加量为20～100μL。
[0019]作为本专利技术优选的实施方式，按质量百分比计，所述氢氟酸溶液的浓度为 1％～10％。
[0020]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S5中，按质量百分比计，在所述固体电解质片的一底面滴加氢氟酸溶液的浓度为15％～50％，在所述固体电解质片的的相对的另一底面滴加氢氟酸溶液的浓度为0.1％～15％，所述氢氟酸溶液的两次滴加量均为20～100μL。
[0021]作为本专利技术优选的实施方式，按质量百分比计，按质量百分比计，在所述固体电解质片的一底面滴加氢氟酸溶液的浓度为25％～45％，在所述固体电解质片的相对的另一底面滴加氢氟酸溶液的浓度为1％～10％。
[0022]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S1中煅烧处理的温度为700～1000℃，时间为1～48h；所述步骤S3中，球磨剂为乙醇、异丙醇、乙腈、乙醚、石油醚或丙酮中的任意一种，混合粉末、球磨剂和球磨珠的质量比为混合粉末：球磨剂：球磨珠＝1:1～5：4～20，球磨时间为4～48h，球磨转速为200～1200r/min，烘干温度为50～150℃，烘干时间为4～24h。
[0023]作为本专利技术优选的实施方式，所述步骤S4中一次烧结的温度为700～1200℃，时间为4～24h，二次烧结的温度为1050～1500℃，时间为0.5～20h；
[0024]所述步骤S5中烘干的温度为50～100℃，时间为1～8h。
[0025]一种用于固态电池的固体电解质片，由上述的制备方法制备而成。
[0026]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)经高溶度氢氟酸溶液处理后的LLZTO固体电解质片具有非常好的抑制碳酸锂的效果，在空气中放置90天而没有碳酸锂的生成；
[0028](2)经高浓度氢氟酸溶液的LLZTO固体电解质片与锂金属之间的界面阻抗仅为3Ω
·
cm2，在室温下可稳定循环超过7000h，解决了电池负极侧的电池界面问题；
[0029](3)经过低浓度氢氟酸溶液处理LLZTO固体电解质片与电解液之间的界面阻抗仅为41Ω
·
cm2，，用于组装锂对称电池，在0.5mA
·
cm
‑1下可稳定循环超过900h，解决了电池正极侧的电池界面问题；
[0030](4)经过高浓度氢氟酸溶液和低浓度氢氟酸溶液处理的LLZTO固体电解质片，用于组装LFP全电池，在1C下循环900圈，容量保持率可以达到85.6％，用于组装NCM811全电池，
在0.5C下循环200圈，容量保持率可以达到89％，使全电池具有了很好的电池性能。
[0031]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0032]图1
‑
是本专利技术对比例的固体电解质片阻抗图谱；
[0033]图2
‑
是本专利技术对比例的固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于固态电池的固体电解质片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将氢氧化锂粉末、氧化镧粉末、氧化锆粉末以及氧化钽粉末分别进行煅烧处理；步骤S2：按化学式Li
6.5
La3Zr
1.5
Ta
0.5
O
12
中的化学计量比，称取经煅烧处理的氢氧化锂粉末、氧化镧粉末、氧化锆粉末以及氧化钽粉末，其中，所述氢氧化锂粉末在按化学计量比称取的基础上，按质量百分比计，再过量称取2％～40％；步骤S3：将步骤S2称取的所有粉末进行混合，得到混合粉末，加入球磨剂进行球磨，得到均匀的混合浆料后，烘干得到球磨后的混合粉末；步骤S4：将球磨后的混合粉末进行一次烧结，得到固体电解质前驱体粉末后，将所述固体电解质前驱体粉末压成片，进行二次烧结，得到固体电解质片；步骤S5：对固体电解质片进行打磨抛光后，在所述固体电解质片的一底面滴加氢氟酸溶液，进行烘干，在所述固体电解质片的相对的另一底面再滴加氢氟酸溶液，进行烘干，完成制备。2.根据权利要求1所述的用于固态电池的固体电解质片的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，按质量百分比计，所述氢氟酸溶液的浓度为15％～50％，所述氢氟酸溶液的滴加量为20～100μL。3.根据权利要求2所述的用于固态电池的固体电解质片的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述氢氟酸溶液的浓度为25％～45％。4.根据权利要求1所述的用于固态电池的固体电解质片的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤S5中，所述氢氟酸溶液的浓度为0.1％～15％，所述氢氟酸溶液的滴加量为20～100μL。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向峰，陈步天，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：