【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及固態(tài)鋰離子電池，尤其是涉及一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰電池具有很多優(yōu)勢，如：更高的熱穩(wěn)定性帶來的更好的安全性，更寬且穩(wěn)定的電化學(xué)窗口使得可匹配高電壓，更少的副反應(yīng)使得循環(huán)壽命更長，以及單位體積內(nèi)更高的能量密度。因此，全固態(tài)鋰電池被認(rèn)為是鋰電池的終極目標(biāo)。作為固態(tài)鋰電池核心組成部分——固態(tài)電解質(zhì)是實現(xiàn)固態(tài)鋰電池高能量密度、高循環(huán)穩(wěn)定性和高安全性能的關(guān)鍵。氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料具有安全性能高、穩(wěn)定性良好、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可是也存在室溫離子電導(dǎo)率不高的問題，常見的氧化物固態(tài)電解質(zhì)如nasicon結(jié)構(gòu)的latp和garnet結(jié)構(gòu)的llzo固態(tài)電解質(zhì)的室溫總離子電導(dǎo)率普遍在0.50～1.0×10-3s/cm范圍內(nèi)，成為制約其在固態(tài)鋰電池中的應(yīng)用的因素之一，因為離子電導(dǎo)率是提高全固態(tài)電池充放電速度的關(guān)鍵，離子電導(dǎo)率偏低會使電池充放電速度較慢和容量衰減較快。
2、現(xiàn)有的專利和文獻(xiàn)中，有出現(xiàn)通過溶膠-凝膠法或者氣相沉積法合成氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料、總離子電導(dǎo)率能超過1.0×10-3s/cm的報道，但是這些方法僅限于實驗室小試樣制備，無法實現(xiàn)氧化物電解質(zhì)低成本、高效率的規(guī)模化生產(chǎn)。專利cn202210683655.8報道利用氧化鎵和氧化硅摻雜改性latp將總離子電導(dǎo)率提升到1.0×10-3s/cm以上，可是鎵元素的稀缺性也導(dǎo)致其量產(chǎn)數(shù)量和成本難以被市場廣泛接受。專利cn202280020812.5報道了一種含硅玻璃和含鋰磷酸鹽玻璃低溫?zé)Y(jié)復(fù)合體系的
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是提供一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法，使用高豐度的元素對具有nasicon結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)材料進(jìn)行摻雜改進(jìn)，利用可連續(xù)化的穩(wěn)定工藝制備出高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
2、本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：
3、一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，該材料具有nasicon結(jié)構(gòu)，并通過預(yù)晶化-晶化工藝合成，其晶體結(jié)構(gòu)中包含第二相，主晶相的晶體結(jié)構(gòu)符合nasicon結(jié)構(gòu)的特征峰，第二相特征峰在x射線衍射(xrd)圖譜中位于2θ＝18.4°～18.6°、26.9°～27.7°和28.8°～29.2°的角度范圍內(nèi)。
4、作為優(yōu)選，第二相在x射線衍射圖譜中具有位于2θ＝26.5°～26.8°的角度范圍內(nèi)的關(guān)聯(lián)特征衍射峰，第二相不具在x射線衍射圖譜中2θ＝21.4°～22.2°和2θ＝26.9°～27.6°范圍內(nèi)的獨(dú)立特征衍射峰。
5、作為優(yōu)選，該材料的總離子電導(dǎo)率至少為1.0×10-3s/cm。
6、作為優(yōu)選，所述固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)組成為li1+x+yti2-xp3o12+2y·xm2o3·yao2體系，其中x＝0.1～0.3，y＝0.01～0.5，m為al、fe、b、cr三價離子中的一種或多種，a為ge、sn、si、zn和zr四價離子中的一種或多種。
7、一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，制備上述的固態(tài)電解質(zhì)材料，包括以下步驟：
8、s1、取化學(xué)計量比的鋰源、鈦源、磷源和摻雜元素化合物，在5％相對濕度的環(huán)境中進(jìn)行混合；
9、s2、將混合后的粉料按照特定溫度600℃～800℃進(jìn)行預(yù)晶化，并保溫一段時間得到預(yù)晶化的中間產(chǎn)物；
10、s3、預(yù)晶化的中間產(chǎn)物再進(jìn)行晶化處理，晶化冷卻后即可獲得上述固態(tài)電解質(zhì)材料。
11、作為優(yōu)選，所述步驟s2中，保溫時間為2h～8h。
12、作為優(yōu)選，所述步驟s3中，晶化溫度750℃～1000℃，保溫時間為2h～8h。
13、作為優(yōu)選，預(yù)晶化的中間產(chǎn)物的結(jié)晶相具有nasicon結(jié)構(gòu)的特征峰外，在2θ＝21.5°～22.2°，22.3°～23°，25°～25.5°，26.9°～27.6°和41°～41.3°有特征峰，這些特征峰會在晶化后消失和轉(zhuǎn)化。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
15、1、通過摻雜，優(yōu)化了離子通道大小、增加可移動離子濃度，將總鋰離子電導(dǎo)率從0.6×10-3s/cm提升到1.0×10-3s/cm以上，最高可超過2.5×10-3s/cm，提升了2.5倍，體相離子電導(dǎo)率接近5.3×10-3s/cm。
16、2、該固態(tài)電解質(zhì)材料表面性能得到了改善，d50＝5μm時，8h吸水率比常規(guī)nasicon粉體降低90％；
17、3、該固態(tài)電解質(zhì)材料的合成方法容易實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，成本容易被市場客戶接受。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，該材料具有NASICON結(jié)構(gòu)，并通過預(yù)晶化-晶化工藝合成，其晶體結(jié)構(gòu)中包含第二相，主晶相的晶體結(jié)構(gòu)符合NASICON結(jié)構(gòu)的特征峰，第二相特征峰在X射線衍射(XRD)圖譜中位于2θ＝18.4°～18.6°、26.9°～27.7°和28.8°～29.2°的角度范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，第二相在X射線衍射圖譜中具有位于2θ＝26.5°～26.8°的角度范圍內(nèi)的關(guān)聯(lián)特征衍射峰，第二相不具在X射線衍射圖譜中2θ＝21.4°～22.2°和2θ＝26.9°～27.6°范圍內(nèi)的獨(dú)立特征衍射峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，該材料的總離子電導(dǎo)率至少為1.0×10-3S/cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)組成為Li1+x+yTi2-xP3O12+2y·xM2O3·yAO2體系，其中x＝0.1～0.3，y＝0.01～0.5，M為Al、Fe、B、Cr三價離子
5.一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，制備權(quán)利要求1-4任一項所述的固態(tài)電解質(zhì)材料，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，保溫時間為2h～8h。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，晶化溫度750℃～1000℃，保溫時間為2h～8h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，預(yù)晶化的中間產(chǎn)物的結(jié)晶相具有NASICON結(jié)構(gòu)的特征峰外，在2θ＝21.5°～22.2°，22.3°～23°，25°～25.5°，26.9°～27.6°和41°～41.3°有特征峰，這些特征峰會在晶化后消失和轉(zhuǎn)化。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，該材料具有nasicon結(jié)構(gòu)，并通過預(yù)晶化-晶化工藝合成，其晶體結(jié)構(gòu)中包含第二相，主晶相的晶體結(jié)構(gòu)符合nasicon結(jié)構(gòu)的特征峰，第二相特征峰在x射線衍射(xrd)圖譜中位于2θ＝18.4°～18.6°、26.9°～27.7°和28.8°～29.2°的角度范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，第二相在x射線衍射圖譜中具有位于2θ＝26.5°～26.8°的角度范圍內(nèi)的關(guān)聯(lián)特征衍射峰，第二相不具在x射線衍射圖譜中2θ＝21.4°～22.2°和2θ＝26.9°～27.6°范圍內(nèi)的獨(dú)立特征衍射峰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，該材料的總離子電導(dǎo)率至少為1.0×10-3s/cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)組成為li1+x+yti2-xp3o12+2y·xm2o3·...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐光盛，屠浩馳，林久，崔言明，劉炳杰，李羿暉，戈志敏，
申請(專利權(quán))人：浙江鋒鋰新能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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