[发明专利]一种固体电解质材料的电场活化烧结方法

说明书

技术领域：

本发明属于固体电解质材料制备技术领域，具体地涉及一种固体电解质材料Li₇La₃Zr₂O₁₂的电场活化烧结方法。

背景技术：

随着手机、电脑等的迅速发展，在过去的几十年里锂离子电池引起了人们极大的关注。目前科学家正尝试使用这些电池去驱动动力汽车，以避免由传统的汽油驱动车辆产生的二氧化碳和其他污染物。这些新的应用要求锂离子电池具有安全性高，能量密度高，寿命长和耐高温。当前基于液体电解质的锂离子电池已不能满足这些要求，因为它们使用的有机液体电解质易燃，易挥发，易泄漏并且高温时会分解（C.A.Geiger,E.Alekseev,W.Weppner,Inorg.Chem..2011,50,1089-1097）。充电（二次）全固体锂电池被认为是下一代高性能动力源，它对于已经商品化的采用非质子溶液，凝胶，或聚合物电解质锂离子电池，在电池的小型化，高温下的稳定性，能量密度高，电池的安全性等方面具有显著的优势（H.Xie,Y.Li,J.B.Goodenough,Materials Research Bulletin.2012,47,1229-1232）。在全固态电池中固体电解质还起到了隔膜的作用，简化了电池的结构。

目前，要研发具有实用意义的固体锂离子电解质，同时要求其能够在环境中具有良好的稳定性(对二氧化碳和水分稳定)，为了使组成的全固态电池能够使用金属锂作为负极而具有高的能量密度，也希望固体电解质能对金属锂稳定并具有较高的分解电压。2007年德国Weppner课题组首次报道了一种高锂离子电导和低电子电导并且具有良好电化学稳定性，热稳定性的石榴石结构的锂离子导体Li₇La₃Zr₂O₁₂，从目前已有报导的锂离子固体电解质来看，Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)在这一领域由于其高的离子电导率，与锂金属的良好相容性和在空气中的稳定性受到广泛的关注（R.Murugan,V.Thangadurai,W.Weppner,Angew.Chem..2007,119,7925-7928）。LLZO石榴石型材料，它有两个稳定相：四方相和立方相。与立方相相比在较低的合成温度下可以得到四方相，但立方相的体积导电率（～10^-3S/cm）比四方相（～10^-6S/cm）高得多。此外，立方相LLZO在空气中非常稳定，而四方相在空气中温度为100～150℃会发生相变（J.Tan,A.Tiwari,Electrochemical and Solid-State Letters.2012,15(3)A37-A39）。因此，我们更期待得到立方相LLZO。