【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)屬于鋰基陶瓷生產(chǎn)，具體涉及一種鋰基陶瓷材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、目前商業(yè)鋰離子電池主要采用有機(jī)電解液，其在非常規(guī)環(huán)境下存在漏液、燃燒、爆炸等安全隱患。基于無(wú)機(jī)固體陶瓷電解質(zhì)的固態(tài)電池對(duì)解決傳統(tǒng)液態(tài)電池存在的安全問(wèn)題具有重要意義。此外，固態(tài)鋰電池具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、自放電低和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于微電子系統(tǒng)和便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域。發(fā)展固態(tài)電池的技術(shù)關(guān)鍵在于研發(fā)高性能固體電解質(zhì)。以石榴石型(llzo)固體電解質(zhì)為代表的鋰基陶瓷具有高離子電導(dǎo)率且對(duì)鋰金屬穩(wěn)定，是目前最受人矚目的固體電解質(zhì)材料之一，可以用在全固態(tài)電池及提取鋰等方面，具有極強(qiáng)的應(yīng)用前景。
2、相關(guān)技術(shù)中主要對(duì)該類陶瓷的摻雜和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，al、ga、nb、ta等金屬陽(yáng)離子被嘗試摻入到llzo晶格，穩(wěn)定其立方相并提高電導(dǎo)率；四方相與立方相的結(jié)構(gòu)分析、鋰離子位置標(biāo)定，理解其鋰離子的輸運(yùn)通道。然而，這類陶瓷的燒結(jié)機(jī)制和相應(yīng)的工藝優(yōu)化鮮有報(bào)道。
3、鋰基陶瓷材料的致密度對(duì)其離子電導(dǎo)率以及穩(wěn)定性具有較大影響，因此需要提高鋰基陶瓷材料的致密度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋰基陶瓷材料及其制備方法，旨在提供一種制備具有較高致密度的鋰基陶瓷材料的方法以及高致密度鋰基陶瓷材料。
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于制備鋰基陶瓷材料的方法，包括以下步驟：
3、步驟s1：將若干個(gè)鋰基陶瓷生坯沿厚度方向摞疊放置至底部鋪設(shè)有第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉的第一坩堝
4、步驟s2：將第二坩堝開(kāi)口朝下倒扣至所述第一坩堝內(nèi)，使所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯容納于所述第二坩堝中；
5、步驟s3：用坩堝蓋將容納有第二坩堝的第一坩堝進(jìn)行密封后進(jìn)行燒結(jié)處理，使鋰基陶瓷生坯燒結(jié)，得到所述鋰基陶瓷材料。
6、基于本申請(qǐng)，由于鋰元素在高溫下會(huì)揮發(fā)出來(lái)，因此通過(guò)鋰源過(guò)量的方式補(bǔ)充鋰元素，但鋰源過(guò)量的程度實(shí)際工藝中并不能很精準(zhǔn)的控制，而且通常會(huì)過(guò)量多一些，故當(dāng)鋰源過(guò)量多一些時(shí)，生坯內(nèi)部鋰過(guò)量也會(huì)多一些，導(dǎo)致燒結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多氣孔，進(jìn)而影響陶瓷體的致密度，因此本申請(qǐng)通過(guò)燒結(jié)過(guò)程中外部結(jié)合內(nèi)部補(bǔ)充鋰元素的方式，解決由于鋰源過(guò)量較多導(dǎo)致多氣孔問(wèn)題，即通過(guò)設(shè)置預(yù)燒粉配合第一坩堝和第二坩堝，與生坯逸出的鋰元素，共同調(diào)節(jié)燒結(jié)過(guò)程中氣氛中l(wèi)i元素濃度，達(dá)到補(bǔ)鋰消除氣孔的效果。
7、具體地，在第一坩堝底部鋪設(shè)第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉，并使用坩堝蓋進(jìn)行密封，可以有效提高第一坩堝內(nèi)部鋰元素的濃度，從而對(duì)鋰基陶瓷生坯在燒結(jié)過(guò)程中損失的鋰元素進(jìn)行補(bǔ)充；同時(shí)使用第二坩堝朝下倒扣至第一坩堝內(nèi)，使鋰基陶瓷生坯容納于第二坩堝中，可以進(jìn)一步減少鋰基陶瓷生坯所在空間的體積，且使鋰基陶瓷生坯在燒結(jié)過(guò)程中揮發(fā)的鋰元素固定至第二坩堝的空間中，配合底部鋪設(shè)的第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉，使第二坩堝的空間內(nèi)鋰濃度較高；另外，若干個(gè)鋰基陶瓷生坯以摞疊的方式放置，第二坩堝的空間中鋰元素的濃度從下至上逐步提高，因此位于上層的鋰基陶瓷生坯在燒結(jié)過(guò)程中揮發(fā)的鋰元素更易得到補(bǔ)充，從而燒結(jié)得到的鋰基陶瓷材料的致密度由下至上逐漸增加，由此通過(guò)上述方法可以在常壓下得到具有較高致密度的鋰基陶瓷材料。
8、在一些實(shí)施方式中，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯沿厚度方向摞疊放置的高度h與所述第二坩堝的高度h滿足0.3h≤h＜h，優(yōu)選地滿足0.5h≤h＜h；進(jìn)一步優(yōu)選地滿足0.7h≤h＜h；又進(jìn)一步優(yōu)選地滿足0.9h≤h＜h。
9、在上述一些實(shí)施方式中，由于該方法制備的鋰基陶瓷材料的致密度由下至上逐漸增加，因此在第二坩堝中摞疊放置的高度越高，位于上層的鋰基陶瓷材料的致密度越高，在h和h滿足上述條件時(shí)，更易得到高致密度的鋰基陶瓷材料。
10、當(dāng)總高度滿足0.3h≤h＜h時(shí)，可以獲得一部分致密度在95％～96％以及以上的鋰基陶瓷材料；當(dāng)總高度滿足0.5h≤h＜h時(shí)，可以獲得一部分致密度在96％～97％以及以上的鋰基陶瓷材料；當(dāng)總高度滿足0.7h≤h＜h時(shí)，可以獲得一部分致密度在97％～99％以及以上的鋰基陶瓷材料；當(dāng)總高度滿足0.9h≤h＜h時(shí)，可以獲得一部分致密度在99％以及以上的鋰基陶瓷材料。
11、在一些示例中，當(dāng)總高度滿足0.3h≤h＜0.5h時(shí)，可以獲得一部分致密度在95％～96％的陶瓷材料(通常是位于上部的陶瓷片)；在一些示例中，當(dāng)總高度滿足0.5h≤h＜0.7h時(shí)，可以獲得一部分致密度在96％～97％的陶瓷材料(通常是位于上部的陶瓷片)；在一些示例中，當(dāng)總高度滿足0.7h≤h＜0.9h時(shí)，可以獲得一部分致密度在97％～99％的陶瓷材料(通常是位于上部的陶瓷片)；在一些示例中，當(dāng)總高度滿足0.9h≤h＜h時(shí)，可以獲得一部分致密度在99％以及以上的陶瓷材料(通常是位于上部的陶瓷片)。
12、本申請(qǐng)中，通過(guò)控制生坯在第二坩堝中摞疊放置的總高度，使總高度逐漸增高，可以使較為上部的(通常為最上一層或多層)生坯對(duì)應(yīng)的致密度也越來(lái)越高，因此當(dāng)需要高致密度的陶瓷材料時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本申請(qǐng)所教導(dǎo)的總高度與致密度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制其摞疊的總高度，即可獲得所需致密度的鋰基陶瓷體材料。
13、在一些實(shí)施方式中，第二坩堝的高度為45～50mm，鋰基陶瓷生坯的厚度為3.2～3.7mm，第二坩堝中鋰基陶瓷生坯的個(gè)數(shù)可以在4個(gè)以上。基于上述方式，位于上層的鋰基陶瓷片的致密度更高。當(dāng)然，本申請(qǐng)中的第二坩堝自身的高度以及鋰基陶瓷生坯的厚度也可以為其他參數(shù)范圍。
14、在一些實(shí)施方式中，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯沿厚度方向摞疊放置的總高度h與所述第二坩堝的高度h滿足：0.5h≤h＜h；且，當(dāng)若干個(gè)鋰基陶瓷生坯摞疊后的某一鋰基陶瓷生坯所在高度h1滿足0.3h≤h1＜0.7h，則該生坯燒結(jié)得到陶瓷材料的致密度為96％～97％；當(dāng)若干個(gè)鋰基陶瓷生坯摞疊后的某一鋰基陶瓷生坯所在高度h1滿足0.7h≤h1＜0.9h，則該生坯燒結(jié)得到陶瓷材料的致密度為97％～99％；當(dāng)若干個(gè)鋰基陶瓷生坯摞疊后的某一鋰基陶瓷生坯所在高度h1滿足0.9h≤h1＜h，則該生坯燒結(jié)得到陶瓷材料的致密度為大于或等于99％；其中，高度h1為某一鋰基陶瓷生坯的上表面與最下層鋰基陶瓷生坯的下表面之間的距離。
15、具體的，本申請(qǐng)中，當(dāng)鋰基陶瓷生坯的摞疊總高度達(dá)到0.5h以上時(shí)，對(duì)于總高度不同的方案來(lái)說(shuō)，高度相同或相近的某一鋰基陶瓷生坯，其燒結(jié)得到陶瓷片的致密度變化幅度并不大。例如，當(dāng)采用8個(gè)生坯摞疊放置和采用12個(gè)生坯摞疊放置兩種方式燒結(jié)時(shí)，對(duì)于處于0.3h≤h1＜0.7h這個(gè)范圍內(nèi)的鋰基陶瓷生坯，其燒結(jié)得到陶瓷片的致密度均在96％～97％內(nèi)；當(dāng)有陶瓷生坯的高度h1可以達(dá)到0.7h≤h1＜0.9h時(shí)，其燒結(jié)得到陶瓷片的致密度可以繼續(xù)提高至97％～99％；同樣地，當(dāng)有陶瓷生坯的高度h1可以達(dá)到0.9h≤h1＜h時(shí)，其燒結(jié)得到陶瓷片的致密度可以繼續(xù)提高至99％及以上。也就是說(shuō)，當(dāng)總高度達(dá)到本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于制備鋰基陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯(1)沿厚度方向摞疊放置的總高度h與所述第二坩堝(5)的高度H滿足：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯(1)沿厚度方向摞疊放置的總高度h與所述第二坩堝(5)的高度H滿足：0.5H≤h＜H；且，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉(2)的粒徑為0.5～5mm；所述第二鋰基陶瓷預(yù)燒粉(4)的粒徑為20～80μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟S1還包括：在所述第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉(2)上鋪設(shè)一層第二鋰基陶瓷預(yù)燒粉(4)后，再將若干個(gè)鋰基陶瓷生坯(1)沿厚度方向摞疊放置至第二鋰基陶瓷預(yù)燒粉(4)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一坩堝(3)、第二坩堝(5)和坩堝蓋(6)的材質(zhì)均為氧化鎂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉和所述第二鋰基陶瓷預(yù)燒粉分別
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋰基陶瓷生坯通過(guò)以下方法得到：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋰基陶瓷材料選自具有式1所示物質(zhì)中的任一種；
10.一種鋰基陶瓷材料，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的方法制備得到；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于制備鋰基陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯(1)沿厚度方向摞疊放置的總高度h與所述第二坩堝(5)的高度h滿足：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干個(gè)鋰基陶瓷生坯(1)沿厚度方向摞疊放置的總高度h與所述第二坩堝(5)的高度h滿足：0.5h≤h＜h；且，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉(2)的粒徑為0.5～5mm；所述第二鋰基陶瓷預(yù)燒粉(4)的粒徑為20～80μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟s1還包括：在所述第一鋰基陶瓷預(yù)燒粉(2)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉凱，魏憲昆，趙龍會(huì)，蔣印，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇新鋰元科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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