[发明专利]一种立方相石榴石固态电解质材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种立方相石榴石固态电解质材料的制备方法，包括如下步骤，1）将锂盐、La₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅混合球磨、烘干；2）将经步骤1）处理后的混合物置于氧化镁坩埚内，在800℃至1000℃下煅烧8至10小时，而后自然冷却得到立方相LLZ固态电解质材料。该制备方法采用Nb取代部分Zr来获得立方相LLZ粉体，采用采用该制备方法所制得的立方相LLZ粉体能够在常温下保存，且不含杂质。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种立方相石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZ）固态电解质材料的制备方法。

背景技术

当前二次电池主要由正极、负极、隔膜和电解液四部分构成。电解液和隔膜均为有机物，因此耐高温性较差，且易燃，同时由于外界环境的温度影响，以及电池工作时不可避免的会产生热量，这对电池的安全性造成了极大的隐患。

固态电解质材料具有良好的热稳定性，取代电池中的电解液和隔膜，可以极大地提高电池的安全性。

氧化物无机固态电解质材料LLZ具有较高的Li离子电导率，是一种极具应用前景的新型材料，可适用于新能源和锂离子电池行业，如作为全固态电池的电解质、粉末包覆电极材料、粉末涂覆隔膜等以提高电池的综合性能。

石榴石结构的LLZ存在三种物相：低温立方相，结构不稳定，且性能较差，一般不做讨论；四方相（T-LLZ），离子电导率为10^-6 S cm^-1；高温立方相（C-LLZ），离子电导率为10^-4Scm^-1，大约为四方相的100倍，具有更为优良的性能。

通常未进行离子掺杂的情况下，常温时，LLZ表现出四方相的特征。四方相的LLZ在大约650℃温度下转变为立方相结构，然而，这种相变过程是可逆的，当温度下降到相变温度以下时，又由立方相变回四方相。通过适当的金属阳离子掺杂可以获得常温状态下的立方相结构LLZ。

专利公开第CN 105742699 A号采用氢氧化锂、氢氧化镧、氧化锆和氧化铝为原料制备了立方石榴石LLZ陶瓷，然而其预烧粉末并不为立方相的LLZ，这限制了材料的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种立方相石榴石固态电解质材料的制备方法，该方法制备工艺简单，所制得的立方相LLZ粉末不含杂质。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种立方相石榴石固态电解质材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

1）将锂盐、La₂O₃、ZrO₂、Nb₂O₅混合球磨、烘干得到混合物；

2）将经步骤1）处理后的混合物置于氧化镁坩埚内，在800℃至1000℃下煅烧8至10小时，而后自然冷却得到立方相石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质材料。

进一步地，所述立方相石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂中的Zr部分被Nb替代，所述步骤1）中的混合物中Li⁺、La³⁺、Zr⁴⁺和Nb⁵⁺的摩尔比例为7.15-7.7：3：1.5：0.5-1.5。