本发明专利技术涉及固态电解质技术领域，公开了一种铁镨双掺杂LLZO电解质及其制备方法和应用。该制备方法包括：(1)将原料组分进行预烧结处理，得到预烧结物料；(2)将所述预烧结物料进行球磨处理，得到平均粒径不大于1μm的混合物料；(3)将所述混合物料进行压片处理，得到前驱体；(4)将所述前驱体进行煅烧处理，得到铁镨双掺杂LLZO电解质。采用本发明专利技术提供的方法能够降低锂源消耗，提高铁镨双掺杂LLZO电解质的离子电导率。电导率。
【技术实现步骤摘要】
一种铁镨双掺杂LLZO电解质及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及固态电解质
，具体地，涉及一种铁镨双掺杂LLZO电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]随着新能源产业的快速发展，固态电解质成为近些年来的研究热点。相较于目前商用的液态电解质，固态电解质具有较高的化学稳定性，能够和高能正极材料以及锂负极材料配合组成全固态电池；同时也能够减少目前锂离子电池中由于漏液导致的燃烧、爆炸等危险事故，在储能、动力、电子设备中都有很好的应用前景。
[0003]石榴石型电解质(简称LLZO)被认为是最有前途和最重要的电池固态电解质之一，在能量密度、电化学稳定性、高温稳定性和安全性方面具有潜在优势。
[0004]但是，目前传统的LLZO制备方法需要1200℃以上的高温才能制备出致密度较高的LLZO电解质片，过高的温度容易造成锂源的快速挥发，导致电导率降低并产生其他惰性杂质，影响材料整体性能，且更高的烧结温度也提高了LLZO材料的制备成本。
[0005]CN114447420A公开了一种有效抑制锂枝晶生长的铈掺杂石榴石型LLZO固态电解质，本专利技术通过固相法烧结，保证所制备固态电解质材料具有典型的高电导率立方相结构，同时具有更高的电导率，更低的烧结温度和更有效的抑制锂枝晶的生长。然而，该方法在煅烧过程中温度较高，容易造成锂源挥发，使得制备得到的LLZO电解质的离子电导率偏低。
[0006]CN110137567A公开了一种低温下高致密度石榴石型全固态电解质的制备方法及其应用，与其他固相烧结法相比，石榴石电解质片的烧结温度、压片压力均得到降低。然而，该方法在制备过程中需要埋粉烧结，且锂源过量均在10％以上，造成锂源浪费，提高了生产成本。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术在LLZO电解质的制备过程中存在的锂源挥发较快、离子电导率降低的缺陷。
[0008]专利技术人发现，将特定含量的一水合氢氧化锂、氧化镧、氧化锆混合，同时使用特定配比的氧化铁与氧化镨作为掺杂源，并采用特定的方法制备得到的铁镨双掺杂LLZO电解质具有更高的离子电导率，有鉴于此，专利技术人完成了本专利技术的方案。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种铁镨双掺杂LLZO电解质，该电解质具有如下所示的通式结构：
[0010]Li7‑
3x
Fe
x
La3‑
y
Pr
y
Zr2O
12
，其中，0<x≤0.3，0<y≤0.5。
[0011]优选地，在所述电解质的通式结构中，0<x≤0.25，0<y≤0.35。
[0012]本专利技术的第二方面提供一种制备第一方面所述的铁镨双掺杂LLZO电解质的方法，该方法包括：
[0013](1)将原料组分进行预烧结处理，得到预烧结物料；其中，所述原料组分中含有一
水合氢氧化锂、氧化镧、氧化锆、氧化铁和氧化镨，且所述氧化锆、所述一水合氢氧化锂、所述氧化镧、所述氧化铁和所述氧化镨的用量摩尔比为1：2.5
‑
4.5：0.4
‑
1：0.001
‑
0.1：0.0001
‑
0.1；
[0014](2)将所述预烧结物料进行球磨处理，得到平均粒径不大于1μm的混合物料；
[0015](3)将所述混合物料进行压片处理，得到前驱体；
[0016](4)将所述前驱体进行煅烧处理，得到铁镨双掺杂LLZO电解质；
[0017]其中，在步骤(4)中，所述前驱体进行煅烧处理的操作包括：先将所述前驱体进行第一煅烧处理，得到中间体；然后将所述中间体进行第二煅烧处理，得到所述铁镨双掺杂LLZO电解质；所述第一煅烧处理的煅烧温度不低于所述第二煅烧处理的煅烧温度。
[0018]优选地，该方法还包括：在进行步骤(1)之前，先将所述原料组分进行预煅烧处理。
[0019]更优选地，所述预煅烧处理的条件至少满足：温度为700
‑
1000℃，时间为2
‑
14h，升温速率为2
‑
10℃/min。
[0020]优选情况下，在步骤(1)中，所述预烧结处理的条件至少满足：温度为800
‑
1300℃，时间为5
‑
10h，升温速率为2
‑
10℃/min。
[0021]优选地，在步骤(2)中，将所述预烧结物料进行球磨处理的操作包括：将所述预烧结物料与溶剂、磨球进行所述球磨处理，所述预烧结物料与所述溶剂的用量质量比为1：0.5
‑
1。
[0022]更优选地，在步骤(2)中，所述球磨处理的条件至少满足：温度为20
‑
30℃，时间为12
‑
18h，转速为300
‑
500rpm。
[0023]优选地，在步骤(3)中，所述压片处理的条件至少满足：压力为100
‑
350MPa，时间为1
‑
5min。
[0024]优选地，在步骤(4)中，所述第一煅烧处理的煅烧温度比所述第二煅烧处理的煅烧温度高50
‑
180℃。
[0025]优选情况下，所述第一煅烧处理的条件至少满足：升温速率为4
‑
10℃/min，煅烧温度为1100
‑
1180℃，时间为1
‑
10min；
[0026]优选地，所述第二煅烧处理的条件至少满足：煅烧温度为1000
‑
1050℃，时间为2
‑
6h。
[0027]本专利技术的第三方面提供第一方面所述的铁镨双掺杂LLZO电解质在锂离子电池中的应用。
[0028]采用本专利技术提供的方法能够降低锂源消耗，节约生产成本，提高LLZO电解质的离子电导率。
[0029]采用本专利技术提供的方法还能够提高LLZO电解质的致密度，操作方法简单，制备得到的LLZO电解质在锂离子电池中有更好的应用前景。
具体实施方式
[0030]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0031]本专利技术中，未做相反说明的情况下，所述室温均表示25
±
2℃。
[0032]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种铁镨双掺杂LLZO电解质，该电解质具有如下所示的通式结构：
[0033]Li7‑
3x
Fe
x
La3‑
y
Pr
y
Zr2O
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种铁镨双掺杂LLZO电解质，其特征在于，该电解质具有如下所示的通式结构：Li7‑
3x
Fe
x
La3‑
y
Pr
y
Zr2O
12
，其中，0<x≤0.3，0<y≤0.5。2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，在所述电解质的通式结构中，0<x≤0.25，0<y≤0.35。3.一种制备权利要求1或2所述的铁镨双掺杂LLZO电解质的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将原料组分进行预烧结处理，得到预烧结物料；其中，所述原料组分中含有一水合氢氧化锂、氧化镧、氧化锆、氧化铁和氧化镨，且所述氧化锆、所述一水合氢氧化锂、所述氧化镧、所述氧化铁和所述氧化镨的用量摩尔比为1：2.5
‑
4.5：0.4
‑
1：0.001
‑
0.1：0.0001
‑
0.1；(2)将所述预烧结物料进行球磨处理，得到平均粒径不大于1μm的混合物料；(3)将所述混合物料进行压片处理，得到前驱体；(4)将所述前驱体进行煅烧处理，得到铁镨双掺杂LLZO电解质；其中，在步骤(4)中，所述前驱体进行煅烧处理的操作包括：先将所述前驱体进行第一煅烧处理，得到中间体；然后将所述中间体进行第二煅烧处理，得到所述铁镨双掺杂LLZO电解质；所述第一煅烧处理的煅烧温度不低于所述第二煅烧处理的煅烧温度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在进行步骤(1)之前，先将所述原料组分进行预煅烧处理；和/或，所述预煅烧处理的条件至少满足：温度为700
‑
1000℃，时间为2
‑
【专利技术属性】
技术研发人员：何文德，安利营，张晶丽，关云鸿，兰双龙，
申请(专利权)人：东旭科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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