一种阻燃型固态电解质材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种阻燃型固态电解质材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。所述阻燃型固态电解质材料通过酒石酸的添加促使四方相的Li7La3Zr2O

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃型固态电解质材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种阻燃型固态电解质材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低等优点，是目前最先进的电池技术之一，在移动电子设备、电动工具和电动交通等高能量应用领域占据主导地位。锂离子电池的四大主要材料为：正极材料、负极材料、隔膜以及电解液。其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件，在动力电池中成本占比约为10~20%。隔膜在锂电池中主要起到隔绝正负极防止短路并且提供微通道支持锂离子迁移的作用，对于电池安全性、倍率性能和循环性能有非常大的影响。
[0003]在聚烯烃的隔膜上涂覆氧化铝、勃姆石等纳米材料，可以使得隔膜的热稳定性提高。现有隔膜应用技术中，通常选择单面涂覆无机物，或者双面涂覆无机物，常用的无机陶瓷颗粒包括Al2O3、勃姆石、SiO2、TiO2等。然而上述无机陶瓷颗粒并未改善聚烯烃隔膜的阻燃性能。
[0004]在专利CN 111211274A中公开了一种阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法。该专利提及，使用水滑石类插层结构材料在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和二氧化碳的形式脱出，可以起到阻燃的作用。但是由于水滑石类插层结构材料本身没有锂离子电导率，因此在涂覆聚烯烃隔膜后，水滑石类插层材料增加了隔膜的电阻率，导致内阻增加，电池性能下降。在专利CN115863909A中公开了使用芳纶与石榴石型固态电解质材料涂覆隔膜的技术方案。该技术方案虽然使用了石榴石型的固态电解质材料，但是由于石榴石型固态电解质材料无阻燃功能，因此无法达到阻燃的作用。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种阻燃型固态电解质材料及其制备方法和应用。所述阻燃型固态电解质材料Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
同时具有阻燃性和高离子导电性。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种阻燃型固态电解质材料，化学式为Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
；其中，0＜x≤4.48；Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
为立方相结构。
[0007]所述Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
的粒径优选为50~150 nm。
[0008]优选的，所述x选自1或1.5或1.75或3.5或4或4.48。
[0009]所述Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
材料具体可以为Li6HLa3Zr2O
12
或Li
5.5
H
1.5
La3Zr2O
12
或Li
5.25
H
1.75
La3Zr2O
12
或Li
3.5
H
3.5
La3Zr2O
12
或Li3H4La3Zr2O
12
或Li
2.52
H
4.48
La3Zr2O
12
。
[0010]本专利技术所述的阻燃型固态电解质材料Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
在受热时，晶体结构中的H
+
会与O2‑
形成水（H2O）脱出，从而起到阻燃的作用。
[0011]上述的一种阻燃型固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：1）将锂源、锆源、镧源通过干法或湿法混合制备得到前驱体材料，烧结后得到四方相的Li7La3Zr2O
12
材料；2）将上述四方相的Li7La3Zr2O
12
材料、酒石酸、溶剂混合后通过研磨进行相转变，得到立方相的阻燃型固态电解质材料Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
。
[0012]在本专利技术中，所述四方相的Li7La3Zr2O
12
材料在研磨过程中，机械力促使Li7La3Zr2O
12
材料的晶格中的原子重排，形成立方相的Li7La3Zr2O
12
材料。酒石酸的加入会使得立方相Li7La3Zr2O
12
材料中的Li
+
与H
+
交换，从而得到立方相的材料Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
(0＜x≤4.48)。
[0013]酒石酸的酸性过强会引发立方相Li7La3Zr2O
12
材料的分解，因此需要控制酒石酸的添加量，从而有效调控Li
+
与H
+
的交换，酒石酸的添加量越大，Li
+
与H
+
交换的程度越高。
[0014]优选的，所述步骤2）中的四方相的Li7La3Zr2O
12
材料与酒石酸的质量比为（10~40）:1。在本专利技术的一些具体实施例中，所述四方相的Li7La3Zr2O
12
材料与酒石酸的质量比优选为10:1或15:1或20：1或30:1或40:1。
[0015]优选的，所述步骤2）中的溶剂选自水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙腈、环己烷中的一种或多种。
[0016]优选的，所述步骤2）中四方相的Li7La3Zr2O
12
材料与溶剂的质量比为1：（5~10）。在本专利技术的一些具体实施例中，所述四方相的Li7La3Zr2O
12
材料与溶剂的质量比优选为1:5或1:8。
[0017]本专利技术优选的，所述步骤2）中的研磨在高能球磨机中进行。
[0018]优选的，所述高能球磨机的研磨转速为500~650 r/min。
[0019]优选的，所述高能球磨机的研磨时间为5~10 h。
[0020]通过上述制备方法，得到粒径范围在50~150nm的立方相Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
(0＜x≤4.48)材料。
[0021]本专利技术中，所述步骤1）制备得到的四方相的Li7La3Zr2O
12
材料属于石榴石型。
[0022]上述制备方法中，所述步骤1）中的干法或湿法混合以及烧结工艺具体如下：所述干法混合工艺：使用高速混合机，转速为500~1000 r/min，混合5~30 min后，制备得到干法混合的四方相的Li7La3Zr2O
12
材料前驱体。
[0023]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型固态电解质材料，其特征在于，化学式为Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
；其中，0＜x≤4.48；Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
为立方相结构。2.权利要求1所述的一种阻燃型固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将锂源、锆源、镧源通过干法或湿法混合制备得到前驱体材料，烧结后得到四方相的Li7La3Zr2O
12
材料；2）将上述四方相的Li7La3Zr2O
12
材料、酒石酸、溶剂混合后通过研磨进行相转变，得到立方相的阻燃型固态电解质材料Li7‑
x
H
x
La3Zr2O
12
。3.根据权利要求2所述的一种阻燃型固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中的四方相的Li7La3Zr2O
12
材料与酒石酸的质量比为（10~40）:1。4.根据权利要求2所述的一种阻燃型固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中的溶剂选自水...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜瑶，裴文利，赵东，石天禄，张亮，王群首，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：