[发明专利]一种熔盐法制备石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12块体的方法

说明书

本发明公开了一种熔盐法制备石榴石型固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂块体的方法，属于锂电池电解质材料制备的技术领域。具体方法为：（1）称取Li₂O、La₂O₃、ZrO₂混合，再加入熔盐混合均匀，然后将混合均匀的粉体在700～1250℃下煅烧1～12小时，取出产物，用去离子水洗去熔盐，得到Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质粉体。（2）将Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质粉体放入模具中压成块体，然后将Li₇La₃Zr₂O₁₂块体在700～1250℃下煅烧0.5～10小时即可得到Li₇La₃Zr₂O₁₂电解质块体。本发明方法快速简单，成本低，适合大规模生产，且制得的Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质块体致密度高、电化学稳定性好、电导率高，室温下锂离子电导率大于2.6×10^‑4S/cm。

技术领域

本发明涉及一种熔盐法制备石榴石型固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂块体的方法，属于锂电池电解质材料制备的技术领域。

背景技术

相比于使用液体电解质的锂离子电池，全固态锂电池构造简单、体积小，能量密度和功率密度高，可获得大电压单体电池模块，且热稳定性和安全性好，使用温度范围宽。在中国工程院陈立泉院士看来，电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备，而全固态电池有望成为我国下一代车用动力电池主导技术路线。因此，采用固体电解质代替传统电解液，发展新型全固态锂离子电池，是解决电池安全问题、提高电池储能密度的新技术思路。此外，固体电解质材料在电网级静态储能电池，如液态金属锂离子电池、ZEBRA（金属/金属卤化物熔盐）电池、液流电池等方面，也具有重要的应用前景。

目前发展的几类固体电解质类型，主要包括两大类：有机固体电解质和无机固体电解质体系。有机固体电解质又称为聚合物电解质，其包括固体聚合物电解质（solidpolymer electrolyte，SPE或称干聚合物）和凝胶聚合物电解质（gel polymerelectrolyte，GPE）两类。聚合物电解质研究开始于20世纪70年代，1973年，Wright等报道了PEO-碱金属的络合物体系具有离子导电行为，随后逐渐将此类材料用于储能电池电解质，并应用于固体聚合物电池。SPE由聚合物与电解质锂盐或聚合物与电解质锂盐加入无机填料组成，整个体系为干态；GPE是由聚合物、锂盐、有机溶剂（也是锂盐的溶剂）等组成的凝胶体系，含有大量的液体增塑剂，其导电机理类似于液态电解质的导电机理因而兼具液体电解质的高电导率和SPE的安全性。目前最常用的聚合物材料有聚偏氟乙烯（PVDF），聚氧化乙烯（PEO），聚丙烯腈（PAN），聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，通常采用的锂盐有LiBF₄、LiPF₆、LiClO₄、LiCF₃SO₃及LiN(CF₃SO₂)₂等。SPE具有与锂离子电池电极界面贴合性高、容易卷对卷生产等优点，但其室温锂离子电导率稍低只能在温度相对较高的环境下使用；GPE具有SPE的这些优点同时还具有较高的锂离子电导率，然而其较差的机械强度导致聚合物容易产生溶胀或溶解等结构上的变化，引起聚合物膜微孔的塌陷，降低聚合物膜的储液能力，从而降低电解质的导电性和稳定性。固态锂离子电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂具有安全性高，电化学窗口较宽，室温锂离子电导率较高等特点。