【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料制备和能源领域，具体涉及一种立方相石榴石型固态电解质的制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着新能源汽车、无人机、机器人、航空航天等新兴战略领域的快速发展，对高安全、高能量密度、低成本的能源存储技术提出更高要求。商业锂离子电池以石墨为负极、有机电解液为电解质，其技术已接近理论极限，难以满足新兴领域的需求，开发新的储能技术已迫在眉睫。通过固态电解质取代电解液而发展起来的固态电池，作为一种新型储能电池技术，有望彻底解决传统离子电池的安全性问题，同时有望使金属锂负极材料、高压/高容量正极材料获得商业应用，实现电池能量密度的大幅提升，成为替代锂离子电池的有力竞争者。当前，获得制备工艺可控、一致性好、离子电导率高、成本低廉的固态电解质材料是固态电池开发面临的最大难题。
2、在各种类型的固态电解质材料体系中，石榴石型固态电解质由于较高的离子电导率、对金属锂稳定、高的弹性模量等优点，是一类具有广泛应用前景的固态电解质。石榴石型固态电解质材料具有四方相和立方相两种晶型，其中，四方相是稳定相，锂离子全部占据氧四面体结晶位置，因此无法传导；立方相是介稳相，存在较多的锂空位，可以高效传导锂离子。在制备过程中，石榴石型电解质倾向于四方相晶型，导致很低的离子电导率；因此，稳定立方相石榴石型电解质至关重要。当前，相对于钽、铌等稀土元素，采用铝元素掺杂石榴石型电解质是一种成本低的稳定立方相石榴石的手段。研究表明，通常需要～0.25摩尔的al取代li才可以稳定立方相石榴石型固态电解质。现有技术主要是将铝源如氧化铝与石榴石型电解质的
3、因此，开发一种制备工艺可控、铝含量低、一致性好、离子电导率高、成本低廉的立方相石榴石型固态电解质材料的制备方法，尤为重要，存在很大挑战。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中立方相石榴石型电解质一致性差、工艺不可控、铝含量高且分布不均匀、制备温度高、离子电导率低的问题，提出了一种铝扩散稳定立方相石榴石型固态电解质的制备方法。本专利技术创新性地通过微乳液法在四方相石榴石型电解质li7la3zr2o12表面制备活性γ-al2o3包覆层，通过低温热处理，γ-al2o3向四方相石榴石型电解质内部扩散并与其发生化学反应，使得石榴石型电解质由四方相转变为立方相。采用本专利技术技术，一方面，需要极低含量的铝元素，就可以获得立方相石榴石型固态电解质；另一方面，铝元素分布均匀，石榴石型固态电解质的制备更为可控，拥有良好的一致性；同时，采用本专利技术技术，在低于1000℃即可以获得立方相石榴石型固态电解质，既节能，又解决了锂源高温挥发、氧化铝坩埚高温污染的问题，同时本专利技术技术具有低成本的优势。该方法简单易行、能耗小、成本低、所得材料一致性好，因此，具有广阔的市场应用前景与优势。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种铝扩散稳定立方相石榴石型固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：按照li7la3zr2o12化学配比，将锂源、镧源、锆源混合，在一定温度下，煅烧一定时间，得到四方相石榴石型固态电解质材料；
5、步骤s2：按照预定比例，配制微乳液；
6、步骤s3：按照预定比例，将铝源加入到所述微乳液中；
7、步骤s4：按照预定比例，将li7la3zr2o12加入到所述微乳液中；
8、步骤s5：在一定温度下，反应一定时间；
9、步骤s6：离心，清洗；
10、步骤s7：在一定温度下，热处理一定时间，得到γ-al2o3包覆的四方相石榴石型固态电解质；
11、进一步地，所述锂源为含锂元素的化合物，包括但不限于碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述镧源为含镧元素的化合物，包括但不限于氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧中的一种或几种；所述锆源为含锆元素的化合物，包括但不限于氧化锆、硝酸锆、硝酸氧锆中的一种或几种。
12、进一步地，步骤s1所述在一定温度下，煅烧一定时间为500-1000℃下煅烧0-24小时，优选地为700-950℃下煅烧0-12小时。
13、进一步地，步骤s2所述微乳液由油、水、表面活性剂组成，为水包油微乳液，油相的质量分数为5％-20％，水相的质量分数为50％-80％，表面活性剂相的质量分数为15％-30％。
14、进一步地，步骤s3所述铝源为含铝元素的有机化合物，包括但不限于异丙醇铝、三甲基铝、二氯乙基铝中的一种或几种；所述铝元素相对于li7la3zr2o12的摩尔比为(0.05-0.25):1。
15、进一步地，步骤s5所述一定温度下反应一定时间为0-100℃下搅拌0-24小时，优选地为25℃下搅拌0-24小时。
16、进一步地，步骤s7所述一定温度下热处理一定时间为200-1000℃下煅烧0-24小时，优选地为300-800℃下煅烧0-12小时。
17、进一步地，步骤s8所述一定温度下热处理一定时间为500-1100℃下煅烧0-24小时，优选地为700-1000℃下煅烧0-12小时。
18、在上述反应条件下，首先在四方相石榴石型固态电解质li7la3zr2o12表面形成一层活性γ-al2o3包覆层，然后，γ-al2o3包覆层向li7la3zr2o12内部扩散同时相互反应，获得立方相石榴石型固态电解质。
19、本专利技术可以在铝含量极低的情况下，获得立方相石榴石型固态电解质，其通过上述方法实现。
20、本专利技术可提供了一种立方相石榴石型固态电解质的低成本、可控制备方法。
21、与现有技术相比，本专利技术提供的石榴石型固态电解质具有如下有益效果：
22、一、现有技术获得立方相石榴石型固态电解质的导电性能存在一致性问题，不同批次以及同一批次的不同试样的离子电导率存在较大差异，本专利技术方法的元素分布均匀，获得的立方相石榴石型固态电解质一致性好。
23、二、现有技术获得立方相石榴石型固态电解质需要高含量的铝元素，本专利技术方法只需要较低含量铝元素即可稳定石榴石型电解质立方相晶型。
24、三、本专利技术方法简单易行，不需要昂贵的设备与原材料，不需要高温，耗时短，所得固态电解质材料性能优异，有利于规模化生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种石榴石型固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述锂源为含锂元素的化合物，如碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述镧源为含镧元素的化合物，如氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧中的一种或几种；所述锆源为含锆元素的化合物，如氧化锆、硝酸锆、硝酸氧锆中的一种或几种；步骤S1所述在一定温度下，煅烧一定时间为500-1000℃下煅烧0-24小时，优选地为700-950℃下煅烧0-12小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述微乳液由油、水、表面活性剂组成，为水包油微乳液，油相的质量分数为5％-20％，水相的质量分数为50％-80％，表面活性剂相的质量分数为15％-30％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3所述铝源为含铝元素的有机化合物，如异丙醇铝、三甲基铝、二氯乙基铝中的一种或几种；所述铝元素相对于Li7La3Zr2O12的摩尔比为(0.05-0.25):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5所述一定温
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S7所述一定温度下热处理一定时间为200-1000℃下煅烧0-24小时，优选地为300-800℃下煅烧0-12小时。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S8所述一定温度下热处理一定时间为500-1100℃下煅烧0-24小时，优选地为700-1000℃下煅烧0-12小时。
8.一种一致性可控、铝稳定的石榴石型固态电解质，是通过微乳液法在四方相石榴石型电解质表面包覆γ-Al2O3再高温热处理反应形成的，是通过权利要求1-7任一项所述方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种石榴石型固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1所述锂源为含锂元素的化合物，如碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂中的一种或几种；所述镧源为含镧元素的化合物，如氧化镧、硝酸镧、氢氧化镧中的一种或几种；所述锆源为含锆元素的化合物，如氧化锆、硝酸锆、硝酸氧锆中的一种或几种；步骤s1所述在一定温度下，煅烧一定时间为500-1000℃下煅烧0-24小时，优选地为700-950℃下煅烧0-12小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2所述微乳液由油、水、表面活性剂组成，为水包油微乳液，油相的质量分数为5％-20％，水相的质量分数为50％-80％，表面活性剂相的质量分数为15％-30％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3所述铝源为含铝元素的有机化合物，如异丙醇铝、三甲基铝、...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。