磷酸钛铝锂固态电解质、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质、其制备方法及应用。制备方法包括：将锂源和冠醚在溶剂中混合，得到第一原料液加入铝源、钛源和磷源，得到第二原料液进行烘干，在惰性氛围中进行第一烧结，然后在氧化性氛围中进行第二烧结，得到磷酸钛铝锂固态电解质。本发明专利技术将冠醚作为环状柔性骨架与锂离子络合，拉开磷酸钛铝锂体系中正负电荷之间的距离，从而使材料的形貌不易团聚，分散均匀，减小一次颗粒尺寸，增加材料致密度和离子电导率，而且在高温烧结过程能够将锂离子锁住，从而抑制锂元素挥发，进一步有效提高磷酸钛铝锂材料的离子电导率。进一步有效提高磷酸钛铝锂材料的离子电导率。进一步有效提高磷酸钛铝锂材料的离子电导率。

【技术实现步骤摘要】
磷酸钛铝锂固态电解质、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]现有锂离子电池中基本使用液态电解质，在炎热时期电池发生燃烧爆炸的概率增加，是亟需解决的问题。固态电池作为解决方案之一，受到广泛关注。作为固态电池的重要部件，固态电解质作为重点技术被研究。LATP材料（磷酸钛铝锂）作为NASICON型氧化物，因其化学稳定性好、具有优异的机械性能等优点在固态电解质方面有巨大应用潜力。
[0003]然而，由于LATP材料在高温烧结制备时锂元素易挥发，影响材料合成配比。同时目前所制备的LATP材料一次颗粒尺寸较大，加工可控性差，而且LATP材料所制备的电池材料致密度低，进一步降低离子电导率，限制了其在实际中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种磷酸钛铝锂固态电解质、其制备方法及应用，以解决现有技术中磷酸钛铝锂材料制备时一次颗粒尺寸较大、锂元素易挥发，导致材料致密度低、离子电导率低的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将锂源和冠醚在溶剂中混合，得到第一原料液；步骤S2，向第一原料液中加入铝源、钛源和磷源，得到第二原料液；步骤S3，将第二原料液进行烘干，得到烘干产物；步骤S4，将烘干产物在惰性氛围中进行第一烧结，得到第一烧结产物；步骤S5，将第一烧结产物在氧化性氛围中进行第二烧结，得到磷酸钛铝锂固态电解质。
[0006]进一步地，步骤S1中，锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂的一种或多种；和/或冠醚包括9
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冠醚
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3、12
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冠醚
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4、15
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冠醚
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5和18
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冠醚
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6的一种或多种，优选为12
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冠醚
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4和/或15
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冠醚
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5；和/或溶剂包括二氯甲烷、乙醚、氯仿和乙腈的一种或多种。
[0007]进一步地，步骤S1中，锂源和冠醚的摩尔比为1:（1~3）；优选地，将锂源和冠醚在溶剂中混合后，进行超声分散，得到第一原料液；更优选地，超声分散的时间为30~90min。
[0008]进一步地，步骤S2中，铝源包括氧化铝、氢氧化铝和硝酸铝的一种或多种；和/或钛源包括钛酸四丁酯和/或钛酸四异丙酯；和/或磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸和磷酸锂的一种或多种。
[0009]进一步地，步骤S2中，按照摩尔比Li:Al:Ti:P＝（1＋x）:x:（2－x）:3向第一原料液中加入铝源、钛源和磷源，x为0.3~0.5；优选地，向第一原料液中加入铝源、钛源和磷源后进行搅拌，调节pH值为5~9，得到第二原料液；更优选地，使用氨水进行pH值的调节；更优选地，搅拌的时间为2~6h。
[0010]进一步地，步骤S3中，烘干的温度为40~100℃，时间为4~12h。
[0011]进一步地，步骤S4中，惰性氛围为氩气氛围和/或氮气氛围；优选地，第一烧结的温
度为700~1000℃，保温时间为3~8h。
[0012]进一步地，步骤S5中，将第一烧结产物进行研磨，过200~300目筛网，然后进行第二烧结；和/或氧化性氛围为空气氛围或氧气氛围；优选地，第二烧结的温度为400~600℃，保温时间为20~30h。
[0013]根据本专利技术的另一方面，提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质，由本专利技术上述的制备方法得到。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种固态电池，包括正极、负极和固态电解质，固态电解质为本专利技术上述的磷酸钛铝锂固态电解质。
[0015]应用本专利技术的技术方案，在磷酸钛铝锂固态电解质的制备过程中，将冠醚作为环状柔性骨架与锂离子络合，拉开磷酸钛铝锂体系中正负电荷之间的距离，从而使材料的形貌不易团聚，分散均匀，减小一次颗粒尺寸，增加材料致密度和离子电导率。而且，冠醚具有空穴结构，冠醚与锂离子之间存在较强的静电吸引力，在高温烧结过程能够将锂离子锁住，从而抑制锂元素挥发，进一步有效提高磷酸钛铝锂材料的离子电导率。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0017]图1示出了根据本专利技术实施例1的磷酸钛铝锂固态电解质的XRD图；以及
[0018]图2示出了根据对比例2的磷酸钛铝锂固态电解质的XRD图。
[0019]图3示出了根据本专利技术实施例1的磷酸钛铝锂材料包覆三元的SEM图；以及
[0020]图4示出了根据对比例1的磷酸钛铝锂材料包覆三元的SEM图。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0022]正如本专利技术
技术介绍
中所述，现有技术中存在磷酸钛铝锂材料制备时一次颗粒尺寸较大、锂元素易挥发，导致材料致密度低、离子电导率低的问题。为了解决上述问题，在本专利技术一种典型的实施方式中，提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将锂源和冠醚在溶剂中混合，得到第一原料液；步骤S2，向第一原料液中加入铝源、钛源和磷源，得到第二原料液；步骤S3，将第二原料液进行烘干，得到烘干产物；步骤S4，将烘干产物在惰性氛围中进行第一烧结，得到第一烧结产物；步骤S5，将第一烧结产物在氧化性氛围中进行第二烧结，得到磷酸钛铝锂固态电解质。
[0023]本专利技术先将锂源和冠醚在溶剂中进行初步混合，在此过程中由于冠醚作为环状柔性骨架具有空穴结构，冠醚与锂离子之间存在较强的静电吸引力，使得锂源中的正锂离子和冠醚进行络合，得到包含络合产物的第一原料液，然后向其中加入铝源、钛源和磷源二次混合，得到第二原料液；然后将第二原料液进行烘干，在惰性氛围中进行第一烧结，在此过程中各原料在惰性氛围、高温下生成磷酸钛铝锂。
[0024]在第一烧结过程中，冠醚和锂离子的络合产物一方面能够拉开磷酸钛铝锂体系中正负电荷之间的距离，从而使材料的形貌不易团聚，分散均匀，从而减小一次颗粒尺寸，增
加致密度和离子电导率；另一方面在高温烧结过程能够将锂离子锁住，从而抑制锂元素挥发，避免锂元素挥发影响材料合成配比，可以进一步有效提高磷酸钛铝锂材料的离子电导率。最后将得到的第一烧结产物在氧化性氛围中进行第二烧结，此过程为排碳烧结，冠醚在氧化性氛围、高温下被除去，从而得到纯净的、具备高致密性和高离子电导率的磷酸钛铝锂固态电解质。
[0025]在一种优选的实施方式中，步骤S1中，锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂的一种或多种，从而可以降低成本；和/或冠醚包括9
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冠醚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将锂源和冠醚在溶剂中混合，得到第一原料液；步骤S2，向所述第一原料液中加入铝源、钛源和磷源，得到第二原料液；步骤S3，将所述第二原料液进行烘干，得到烘干产物；步骤S4，将所述烘干产物在惰性氛围中进行第一烧结，得到第一烧结产物；步骤S5，将所述第一烧结产物在氧化性氛围中进行第二烧结，得到所述磷酸钛铝锂固态电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂和硝酸锂的一种或多种；和/或所述冠醚包括9
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冠醚
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3、12
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冠醚
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4、15
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冠醚
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冠醚
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6的一种或多种；和/或所述溶剂包括二氯甲烷、乙醚、氯仿和乙腈的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述锂源和所述冠醚的摩尔比为1:（1~3）。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述锂源和所述冠醚在所述溶剂中混合后，进行超声分散，得到所述第一原料液，所述超声分散的时间为30~90min。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述铝源包括氧化铝、氢氧化铝和硝酸铝的一种或多种；和/或所述钛源包括钛酸四丁酯和/或钛酸四异丙酯；和/或所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张路遥，张蒙蒙，汪伟伟，刘兴亮，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：