一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的方法及应用，属于锂离子电池固态电解质制备技术领域，采用分布式合成方法，首先利用钛源和锂源混合强碱盐通过水热合成法制备碱性钛

【技术实现步骤摘要】
一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池固态电解质制备
，更具体地说，涉及一种分步式合成钛锂铝前驱体来制备磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，以及利用该方法制备而成的磷酸钛铝锂固态电解质，以及磷酸钛铝锂固态电解质在锂离子电池内的应用
。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池应用于
3C
数码
、
动力
、
储能各个领域，行业对锂离子电池的安全性
、
能量密度提出了更高的要求
。
目前大多数锂离子电池使用有机电解液传输锂离子，但是这些有机电解液存在一定的安全隐患，当电池内部由于短路
、
过充等原因产生大量热量时，极易发生燃烧甚至爆炸等严重安全事故，并且液体电解质也易在电极界面处发生副反应，导致电解液泄漏等问题的出现
。
固态电解质是最具潜力的新型电池材料
。
使用固体电解质的全固体电池不使用易燃烧的液体电解液，安全性大幅提高，同时全固体电池的蓄电量更多
、
输出功率也更大，但固体电解质低的离子电导率阻碍了全固体电池的实用
。
[0003]固体电解质中，磷酸钛铝锂
Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3(LATP)
室温离子电导率高达
10
‑
3S/cm
，目前常见的合成磷酸钛铝锂的方法主要包括固相法和溶胶凝胶法，固相法工艺简单，但长时间高温煅烧导致能耗较高，使用
TiO2、Al2O3和微米级别的
Li2CO3、NH4H
2 PO4进行固相混合烧结，由于原料种类较多，且各种颗粒之间的粒径差异较大，容易造成混合不均匀，需要砂磨消耗能耗，且由于锂盐在高温下挥发致使产物纯度较低
。
溶胶凝胶法使用昂贵的醇盐，成本很高，只适合实验室研究
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供的目的在于提供一种分布式合成钛锂铝前驱体来制备
LATP
固态电解质的制备方法，克服现有制备
LATP
采用的原材料较多，且原材料的粒度差异大
、
高温造成锂损失等缺点，采用水热工艺加强碱先制备出
TI/LI
碱性前驱体，然后再利用强碱性共沉淀
Al
源和
P
源，实现了
Ti/Al/Li/P
的均匀混合，避免了为解决粒径分布，大量的球磨，混合烧结后，所得到的固体电解质
LATP
无杂相且性能优异
。
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案
。
[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，步骤如下：
[0007]S1
：制备
Ti/Li
碱性前驱体：将钛源和锂源，混合一定浓度的强碱盐，在压力容器中进行水热反应，时间为
12
‑
24
小时，温度为
150
‑
200
度，制得所述的
Ti/Li
碱性前驱体溶液，备用；
[0008]S2
：制备
Ti/li/Al
前驱体共沉淀物：在步骤
S1
的
Ti/Li
碱性前驱体溶液中加入铝盐，调整
pH
值，
50
‑
90
度加热
0.5
‑5小时，利用强碱性制得
Ti/li/Al
前驱体共沉淀物，洗涤备用；
[0009]S3
：制备
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物：在步骤
S2
的
Ti/Li/Al
前驱体共沉淀固体料中
加入磷源和补充锂源，并调节
pH
，得到
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物；
[0010]S4
：制备
LATP
固态电解质共沉淀前驱体：将步骤
S3
的
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物分散在水中，高速打浆，喷雾干燥，粉碎，过筛，制得
LATP
固态电解质共沉淀前驱体
。
喷雾干燥进风温度为
200
‑
260℃
，出风温度为
100
‑
110℃
；粉碎料
B
的颗粒粒径
D50
＝2‑3μ
m
的前驱体；
[0011]S5
：预烧和煅烧：将过筛后的
LATP
固态电解质共沉淀前驱体混合物粉末进行预烧和煅烧；
[0012]S6
：制备固态电解质粉末
LATP
：将步骤
S5
中煅烧完的混合物，烧结后进行多段退火处理，得到磷酸钛铝锂固态电解质材料，经过粉碎，气流干燥，再筛选出小于
1um
的混合物粉末，得到固态电解质粉末
LATP。
所述的
LATP
固态电解质的化学式为
Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3的
0.0≤x≤0.5。
[0013]优选的，所述锂源或补充锂源为：
LiOH、Li2 CO3、CH3 COOLi、LiNO3
中其中一种或若干种；所述强碱为氢氧化钠
、
氢氧化钾的一种或几种混合；所述铝源所选化合物为十八水硫酸铝
、
九水硝酸铝
、
六水氯化铝
、
氧化铝
、
氢氧化铝
、
醋酸铝
、
碳酸铝和铝酸酯中其中一种或若干种；所述钛源包括：四氯化钛
、
二氧化钛
、
氯化钛，钛酸酯及其衍生中的一种或者几种；所述磷源所选用化合物为磷酸
、
磷酸二氢铵
、
磷酸氢二胺其中一种或若干种混合；
[0014]优选的，步骤
S1
中，
Ti
和
AL
的物质的量比计为
Ti:Li
＝
1.73/:0.27
‑
1.73
，碱盐浓度在
2.16mol/l
‑
4.28mol/L。
[0015]优选的，步骤1中温度为
120
‑
200
度，时间为
12
‑
24
小时
。
[0016]优选的，步骤2中所述的调节
pH
值为加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1
：制备
Ti/Li
碱性前驱体：将钛源和锂源，混合一定浓度的强碱盐，在
≤3MP
压力容器中进行水热反应，时间为
10
‑
20
小时，温度为
150
‑
200
度，制得所述的
Ti/Li
碱性前驱体溶液，备用；
S2
：制备
Ti/li/Al
前驱体共沉淀物：在步骤
S1
的
Ti/Li
碱性前驱体溶液中加入铝盐，调整
pH
值，
50
‑
90
度加热
0.5
‑5小时，利用强碱性制得
Ti/li/Al
前驱体共沉淀物，洗涤备用；
S3
：制备
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物：在步骤
S2
的
Ti/Li/Al
前驱体共沉淀固体料中加入磷源和补充锂源调节配比，并调节
pH
，得到
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物；
S4
：制备
LATP
固态电解质共沉淀前驱体：将步骤
S3
的
Ti/Li/Al/P
共沉淀混合物分散在水中，高速打浆，喷雾干燥，粉碎，过筛，制得
LATP
固态电解质共沉淀前驱体；
S5
：预烧和煅烧：将过筛后的
LATP
固态电解质共沉淀前驱体混合物粉末进行预烧和煅烧；
S6
：制备固态电解质粉末
LATP
：将步骤
S5
中煅烧完的混合物，烧结后进行多段退火处理，得到磷酸钛铝锂固态电解质材料
。2.
根据权利要求1所述的一种分步式制备磷酸钛铝锂固态电解质的方法，其特征在于：所述钛源包括：四氯化钛
、
二氧化钛
、
氯化钛
、
钛酸酯及其衍生中的一种或者几种混合；所述锂源或补充锂源为
LiOH、Li2 CO3、CH3 COOLi、LiNO3
中的一种或者几种混合；所述强碱为氢氧化钠
、
氢氧化钾和氢氧化锂的一种或几种混合；所述铝源所选化合物为十八水硫酸铝
、
九水硝酸铝
、
六水氯化铝
、
氧化铝
、
氢氧化铝
、
醋酸铝
、
碳酸铝和铝酸酯中其中一种或若干种；所述磷源所选用化合物为磷酸
、
磷酸二氢铵
、
磷酸氢二胺其中一种或若干种混合
。3.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔旭，连少君，罗觉纯，陶卓奇，
申请(专利权)人：陶卓奇，
类型：发明
国别省市：