[发明专利]一种氧离子导体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种新的化合物——氧离子导体Li_2xZr_0.8Y_0.2O_1.9+x，烧结性能和导电性能均得到提高，同时还提供了该氧离子导体的制备方法及应用。本发明的Li_2xZr_0.8Y_0.2O_1.9+x是一种新的氧离子导体化合物，通过固态合成法，使少量Li和O掺杂进入YSZ电解质的结构中，赋予新的化合物独特的化学性质,其中的氧离子可以在高温下传导电流，优化了该化合物作为电解质的导电性能。该化合物可用作固体氧化物燃料电池或高温锂电池中的固体电解质，应用了该电解质的高温锂电池能够提供巨大的容量和良好的稳定性高电池容量。

技术领域

本发明涉及一种氧离子导体及其制备方法和应用，属于电池技术领域。

背景技术

固体燃料电池(SOFC)是将燃料(如H₂、CH₄)和氧化剂(如空气中的O₂)，通过电化学方法高效率(ε≥80％)地转化成电能和热能。常规的固体氧化物燃料电池是由阴极、电解质及阳极组成，通常要求工作温度为800℃以上以提高电解质中的导电性和阴极中的催化活性，但是，在高温下，不同组分之间会发生相互反应，形成第二相，导致阻抗会随着时间而增加，这会导致固体燃料电池的长期电化学稳定性变差。业内探讨的解决方案之一是增加电解质的电导率，而电导率主要是由电荷载流子密度和样品密度这两个因素决定的。

目前，锂离子电池技术应用广泛，从手提电子设备至汽车及无人飞机，都采用锂离子电池作为主要供电系统。在实现无人车应用方面，电池较汽油驱动系统在自动燃料补充系统上能够提供更安全更可靠的条件，而锂离子电池较其他储能系统在能量密度方面提供较大优势，因此开发大容量/高功率的锂离子电池及其控制系统能进一步强化或拓展现有市场，尤其是在民用及军用上可以带来新的发展契机。比如特斯拉电动汽车，就是采用松下制造的锂离子电池，从而实现了其电动车储能系统在充满电后能够续航500公里，这在行业内具有里程碑意义，为人口众多的发展中过年减少对石油资源的依赖及减少二氧化碳排放提供了可行的方案，锂离子电池的发展为能源危机及负荷调平方面提供了有效的解决方案，使得产品能够以化学能方式储备各种再生能源，但同时也对现有技术中的电池在容量、工作电压、功率、耐久性、安全性、环保、可回收性及生产成本方面提出了更高的要求。鉴于上述原因，有必要对电池的性能进行优化改进，尤其是要优化固体电解质的导电性能。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种新的化合物——氧离子导体Li_2xZr_0.8Y_0.2O_1.9+x，烧结性能和导电性能均得到显著提高；

目的之二在于提供该氧离子导体的制备方法；

目的之三在于提供该氧离子导体的用途；

目的之四在于提供两种电池，其中采用本发明的氧离子导体Li_2xZr_0.8Y_0.2O_1.9+x作为固体电解质。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明的氧离子导体是一种新的化合物，其分子式为Li_2xZr_0.8Y_0.2O_1.9+x，其中0＜x≤0.1。

优选地，前述x＝0.025、0.05或0.1。

具体地，该化合物由Zr_0.8Y_0.2O_1.9与掺杂剂采用固态合成法制得，所述掺杂剂为Li₂O或LiOH·H₂O，掺杂剂用量不同，则得到不同x值的氧离子导体，性能也有差别。