微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法，包括以下步骤：(a)将锂源、镓源、镧源、锆源与有机溶剂混合，经球磨干燥处理得到混合粉末；(b)将混合粉末加热进行预烧，得到预烧粉体；将预烧粉体分成两份，分别进行球磨干燥处理，得到纳米预烧粉料和微米预烧粉料；(c)将纳米预烧粉料和微米预烧粉料按质量比为(0.5～2):1混合，压制成型、烧结，得到所述锂镧锆氧固体电解质。本发明专利技术合成的固体电解质具有较高的锂离子电导率，室温下可高达1.8

【技术实现步骤摘要】
微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及固体电解质材料
，具体涉及一种微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]伴随着信息时代的发展，人类对电池的需求和依赖愈来愈强。过去几十年时间，锂离子电池因为优良的性能得到了广泛的应用。然而，目前商用锂离子电池普遍使用的还是有机溶剂和其它离子液体类的电解质材料，虽然这些电解质材料锂离子电导率高但是普遍存在电解质泄露、着火甚至爆炸的安全隐患。
[0003]从安全性方面考虑，如果采用固体电解质尤其是陶瓷固体电解质替代传统液态电解质，能从根本上解决锂离子电池的安全隐患。由此组装得到的全固态锂电池，固体电解质不仅可以起到隔膜作用从而简化电池结构，而且同等条件下全固态锂电池具有更高的能量密度。
[0004]目前在众多固体锂离子电解质中，2007年由德国科学家Murugan R(Murugan R,Thangadurai V,Weppner W.Angewandte Chemie,2007，46(41)7778
–
81.)报道的一种具有石榴石结构的锂离子导体Li7La3Zr2O
12
(LLZO)受到了人们的关注，这是因为其具有与锂金属相容性好、在空气中稳定性好、室温离子电导率高以及较高分解电压等优点。但目前报道的锂离子固体电解质室温离子电导率大多仍处于10
‑4S/cm水平，即使通过掺加Ga等元素，少量达到10
‑3S/cm水平的，致密度已经在95％左右，基本也难以再进一步提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法，解决现有技术中LGLZO固体电解质的离子电导率难以提升的技术问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质的制备方法的技术方案是：
[0007]包括以下步骤：
[0008](a)将锂源、镓源、镧源、锆源与有机溶剂混合，经球磨干燥处理得到混合粉末；
[0009](b)将混合粉末加热进行预烧，得到预烧粉体；将预烧粉体分成两份，分别进行球磨干燥处理，得到纳米预烧粉料和微米预烧粉料；
[0010](c)将纳米预烧粉料和微米预烧粉料按质量比为(0.5～2):1混合，压制成型、烧结，得到锂镧锆氧固体电解质。
[0011]进一步地，锂镧锆氧固体电解质的化学式为Li7‑
3x
Ga
x
La3Zr2O
12
，其中x的取值范围为0.2～0.6，取原料时按锂过量5～20％的比例称取锂源；锂源选自氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的任意一种或其中几种，镓源选自氧化镓、碳酸镓、硝酸镓、氢氧化镓中的任意一种或其中几种，镧源选自氧化镧、碳酸镧、硝酸镧、氢氧化镧中的任意一种或其中几种，
锆源选自氧化锆、碳酸锆、硝酸锆、氢氧化锆中的任意一种或其中几种。
[0012]进一步地，步骤(a)中有机溶剂为异丙醇、乙醇、丙酮中的任意一种，锂源、镓源、镧源和锆源的总质量与有机溶剂的质量之比为1:(3～10)。
[0013]进一步地，步骤(a)中球磨时间为14～24h，球磨机转速200～350r/min；球磨后在80～100℃下干燥12～24h。
[0014]进一步地，步骤(b)中预烧是在800～900℃煅烧4～10h。
[0015]进一步地，步骤(b)中，通过转速为390～570r/min的球磨机球磨22～26h得到纳米预烧粉料。
[0016]进一步地，步骤(b)中，通过转速为100～200r/min的球磨机球磨22～26h得到微米预烧粉料。
[0017]进一步地，步骤(c)中，压制成型时间为5～60min，压力为150～300MPa。
[0018]进一步地，步骤(c)中，烧结是在1150～1200℃，保温12～24h。
[0019]本专利技术提供一种如上制备方法制得的微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0021](1)本专利技术合成的石榴石型固体电解质具有较高的锂离子电导率，室温下可高达1.8
×
10
‑3S/cm，远超现有同类产品；(2)纳米和微米粒径且颗粒均匀的原料粉体按一定比例级配混合，能显著提高致密度，不需额外添烧结助剂，故能制得高离子电导率的纯相LGLZO固体电解质；(3)固相合成法工艺简单，尤其适用于大规模工业化生产。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实例1中在不同烧结温度下制得的石榴石型固体电解质Li
5.8
Ga
0.4
La3Zr2O
12
的X射线衍射图；
[0023]图2为本专利技术实施例2制得的石榴石型固体电解质Li
6.4
Ga
0.2
La3Zr2O
12
显微结构图；
[0024]图3本专利技术实施例2制得的石榴石型固体电解质Li
6.4
Ga
0.2
La3Zr2O
12
室温下交流阻抗曲线；
[0025]图4为本专利技术对比例1制得的石榴石型固体电解质Li
6.25
Ga
0.25
La3Zr2O
12
显微结构图；
[0026]图5为本专利技术对比例1制得的石榴石型固体电解质Li
6.25
Ga
0.25
La3Zr2O
12
室温下交流阻抗曲线。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]现有研究普遍认为，晶粒尺寸小，特别是靠近纳米级别的，利于提高锂离子固体电解质的室温离子电导率，但专利技术人意外发现，将不同球磨条件所得的两种级别粒径预烧粉体混合，通过固相合成法烧结，所得固体电解质的晶粒尺寸增大，致密度能够进一步上升，接近100％，室温离子电导率也能够有效提升。
[0029]本专利技术固体电解质的制备方法如下：
[0030](a)按照化学式为Li7‑
3x
Ga
x
La3Zr2O
12
，其中x的取值范围为0.2～0.6的化学计量比，且锂过量(5～20)％的比例，将锂源、镓源、镧源、锆源与有机溶剂混合，经球磨、干燥处理得到混合粉末；
[0031](b)将步骤(a)所得混合粉末加热进行预烧，得到预烧粉体；将预烧粉体分成两份，分别进行球磨、干燥处理，得到纳米预烧粉料和微米预烧粉料；
[0032](c)将纳米预烧粉料和微米预烧粉料按质量比为(0.5～2):1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将锂源、镓源、镧源、锆源与有机溶剂混合，经球磨干燥处理得到混合粉末；(b)将混合粉末加热进行预烧，得到预烧粉体；将预烧粉体分成两份，分别进行球磨干燥处理，得到纳米预烧粉料和微米预烧粉料；(c)将纳米预烧粉料和微米预烧粉料按质量比为(0.5～2):1混合，压制成型、烧结，得到所述锂镧锆氧固体电解质。2.根据权利要求1所述的微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，锂镧锆氧固体电解质的化学式为Li7‑
3x
Ga
x
La3Zr2O
12
，其中x的取值范围为0.2～0.6，取原料时按锂过量5～20％的比例称取锂源；所述锂源选自氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的任意一种或其中几种，所述镓源选自氧化镓、碳酸镓、硝酸镓、氢氧化镓中的任意一种或其中几种，所述镧源选自氧化镧、碳酸镧、硝酸镧、氢氧化镧中的任意一种或其中几种，所述锆源选自氧化锆、碳酸锆、硝酸锆、氢氧化锆中的任意一种或其中几种。3.根据权利要求1所述的微米/纳米粉体级配的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤(a)中所述有机溶剂为异丙醇、乙醇、丙酮中的任意一种，锂源、镓源、镧源和锆源的总质量与有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斐，向兴，陆新琪，曹诗雨，沈强，
申请(专利权)人：深圳武汉理工大研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：