[发明专利]具有对称梯度孔结构的固体电解质陶瓷材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.具有对称梯度孔结构的固体电解质陶瓷材料，其特征在于该固体电解质陶瓷材料为Li_7-xLa₃Zr_2-xN_xO₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li₂ATi₃O₈或Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃；其中Li_7-xLa₃Zr_2-xN_xO₁₂中0≤x≤1.2，N为Al、Ta、Ge或Nb；Li₂ATi₃O₈中A为Zn、Mg或Co；Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃中0≤x≤0.5，M为Al、Ga、In或Sc；

所述固体电解质陶瓷材料包括三层结构，中间为致密层，两侧为多孔层，所述多孔层的孔径呈梯度排列，孔径沿远离致密层方向依次增加，在多孔层形成依次渐变的梯度孔隙结构；

所述致密层的厚度为10μm～100μm，多孔层的厚度为100μm～400μm。

2.根据权利要求1所述的具有对称梯度孔结构的固体电解质陶瓷材料，其特征在于：所述致密层的致密度大于90％。

3.根据权利要求2所述的具有对称梯度孔结构的固体电解质陶瓷材料，其特征在于：所述多孔层的孔隙率为50％～85％。

4.权利要求1所述的具有对称梯度孔结构的固体电解质陶瓷材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

一、采用固相烧结法、溶胶-凝胶法、甘氨酸燃烧法或共沉淀法制备粉体；所述粉体为掺杂粉体、无掺杂粉体或初始粉体；其中所述掺杂粉体为Li_7-xLa₃Zr_2-xN_xO₁₂或Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃；所述无掺杂粉体为Li₇La₃Zr₂O₁₂；所述初始粉体为Li₂ATi₃O₈；

二、制备电解质：

方法1：将掺杂粉体、无掺杂粉体或初始粉体制备成陶瓷相电解质圆柱，具体制备方法为自烧结法或冷等静压法；

方法2：将掺杂粉体、无掺杂粉体或初始粉体制备成陶瓷相电解质片，其中掺杂粉体和无掺杂粉体的具体制备方法为干压法，初始粉体的具体制备方法为干压法或流延法；

三、制备致密电解质薄片：

将步骤二的方法1中制备的陶瓷相电解质圆柱固定在碳块上，然后再将碳块固定到金刚石切片机上，在100rpm～300rpm条件下进行切片处理，切片的厚度为0.7～1mm，得到致密电解质薄片；

或者将步骤二的方法2中制备的陶瓷相电解质片在300MPa～1000MPa的压强条件下压成厚度为0.5mm～5mm的薄片，将薄片在900℃～1200℃的条件下烧结10h～15h，得到致密电解质薄片；

四、将步骤三得到的致密电解质薄片完全浸没在酸性溶液中进行酸刻蚀，将酸刻蚀后的致密电解质薄片用蒸馏水冲洗干净，在真空干燥箱中烘干12h～24h，得到三层结构陶瓷；

所述酸性溶液由酸和水按照体积比(1-5):10组成，其中酸的质量浓度是85％～90％，酸刻蚀的时间为5min～25min；

五、在三层结构陶瓷的一个面上均匀沉积电子导电层，得到三层结构的固体电解质陶瓷材料。