[发明专利]一种利用流变相反应制备锂镧锆氧固态电解质的方法

说明书

本发明提供了一种利用流变相反应制备锂镧锆氧固态电解质的方法，包括如下步骤：(1)按照摩尔比为锂离子：镧离子：锆离子＝7：3：2的比例称取锂源化合物、镧源化合物和锆源化合物，备用；(2)将步骤(1)称取备用的锂源化合物、镧源化合物和锆源化合物混合均匀，加入溶剂，利用高速球磨机调制成黏稠状，得到流变态前驱体；(3)将步骤(2)中得到的流变态前驱体在空气气氛下锻烧，研磨，即可制得LLZO固态电解质。本发明的反应系统中有流变相参与，固体颗粒与流体接触均匀，不会出现局部过热现象，所需的合成温度较低，能源消耗少，不需要加入过量的锂源，节约了资源和成本，且操作简单，易于工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地，涉及一种利用流变相反应制备锂镧锆氧固态电解质的方法。

背景技术

自从上世纪九十年代，日本索尼公司商业化锂离子电池以来，锂离子电池由于其较高的能量密度和功率密度，在3C类电子消费产品、电动汽车、智能储能电网以及其他特殊领域内有着广泛的市场和应用。

目前在市场上广泛使用的锂离子电池主要采用的是液态电解液，这些液态电解液的溶剂为易燃易爆的有机溶剂以及具有一定的流动性，这给锂离子电池的使用带来了安全隐患，电池在某些条件下会引发热失控从而引发安全事故，造成人身伤害与经济损失。于此同时，锂离子电池的宽温度范围(极端低温或高温)性能较差，且机械性能较差不适用于柔性电池领域，现有的锂离子电池技术受到了严峻的限制和挑战。

针对上述问题，业内人士普遍认为使用全固态电解质的全固态电池是种较好的解决方案。同现有液态锂离子电池相比，全固态电池中完全不含电解液，固态电解质由于自身独特的物理、化学性质，可以杜绝漏液与燃烧爆炸等安全事故，同时固态电解质由于良好的热稳定性、电化学稳定性以及机械稳定性，使其能够在极端苛刻的环境条件下使用。然而，目前固态电池最大的问题也是其核心材料固态电解质，固态电解质最大的问题是其室温下电导率较低，导致其动力学性能较差，无法与现有的锂离子电池动力学性能相媲美。因此，寻找并合成应用于固态电池的具有高离子电导率的固态电解质材料成为关键问题。

在被报道的诸多固态电解质材料中，具有立方结构的石榴石型锂镧锆氧是一种非常具有应用前景的材料，其化学分子式一般为Li₇La₃Zr₂O₁₂(后面简称LLZO)。在室温条件下，该材料的离子导电率可以高达10^-3S/cm，已经接近实用化量级。此外，LLZO固态电解质与其他类固态电解质相比，LLZO还具有十分良好的热稳定性、良好的电化学稳定性、较低的界面电阻，逐渐成为固态电池中最具潜力的固态电解质之一。

目前合成LLZO固态电解质的方法主要有固相法、溶胶-凝胶法和微波辅助合成法等。在这些合成方法中，固相法合成温度较高，锂元素容易挥发，需要加入过量的锂源，造成能源和原料的浪费，且由于混合不均匀，合成产物容易形成杂相。溶胶-凝胶法是一种液相合成方法，且合成过程中需要引入有机配位螯合剂和醇类有机溶剂，制备过程繁琐，合成成本较高，难以实现工业放大。微波辅助法辐射较大，合成量小，也难以实现工业放大。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种利用流变相反应制备锂镧锆氧固态电解质的方法，该方法的反应系统中有流变相参与，固体颗粒与流体接触均匀，不会出现局部过热现象，所需的合成温度较低，能源消耗少，不需要加入过量的锂源，节约了资源和成本，且操作简单，易于工业化生产。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用流变相反应制备锂镧锆氧固态电解质的方法，包括如下步骤：

(1)按照摩尔比为锂离子：镧离子：锆离子＝7：3：2的比例称取锂源化合物、镧源化合物和锆源化合物，备用；

(2)将步骤(1)称取备用的锂源化合物、镧源化合物和锆源化合物混合均匀，加入溶剂，利用高速球磨机调制成黏稠状，得到流变态前驱体；