[发明专利]一种磷酸镁锆电解质粉体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种磷酸镁锆电解质粉体及其制备方法。其技术方案是：以2～18wt％的镁盐、27～37wt％的磷酸二氢铵和51～66wt％的氧氯化锆为原料，将所述原料置入球磨罐中，以丙酮溶液为介质，湿混6～48h，得到湿混料。将所述湿混料在150～250℃条件下干燥12～48h，于600～1000℃条件下煅烧2～10h，制得磷酸镁锆电解质粉体。本发明具有工艺简单、环境友好和能耗低的特点；用该方法制备得到的磷酸镁锆电解质粉体为纯相材料。

技术领域

本发明属于电解质粉体技术领域。尤其涉及一种磷酸镁锆电解质粉体及其制备方法。

背景技术

磷酸镁锆(MgZr₄(PO4)₆，MZP)是一种镁离子固体电解质，具有电化学性能稳定、离子电导率高和储能量大等优点，用于高温电化学传感器中，监测有色金属的废料精炼和纯金属的合金化操作过程，具有广泛的应用前景。

近年来，国内外已公开的关于固体电解质磷酸镁锆的制备方法有溶胶凝胶法、共沉淀法和高温固相反应法等。如采用碳酸镁、氯氧化锆，硝酸水溶液和磷酸二氢铵(Mohammed Adamu,Girish M.Kale,Novel Sol-Gel Synthesis of MgZr₄P₆O₂₄CompositeSolid Electrolyteand Newer Insight into the Mg²⁺-Ion Conducting PropertiesUsingImpedance Spectroscopy,The Journal of Physical Chemistry C.2016,A-G)制得纯相的磷酸镁锆固体电解质材料，在此文献中制备磷酸镁锆的方法为溶胶凝胶法，制备磷酸镁锆过程中需要精确调控pH值，并进行长时间的烘干和研磨等过程，操作工艺复杂、耗时长。又如，采用硝酸镁、醋酸锆和磷酸二氢铵为原料(李文龙，刘欢，杨利青等.共沉淀法制备NASICON型Mg_0.5Zr₂(PO4)₃镁离子固态电解质.功能材料.2017，1(48)，01195-01198)，通过共沉淀法制得纯相磷酸镁锆固体电解质材料。该方法制备的磷酸镁锆操作过程中需要调节pH值，并进行长时间的搅拌、烘干和多次煅烧等过程，操作冗长复杂。再如，采用碱式碳酸镁、二氧化锆和磷酸二氢铵微粉为原料(熊翠娥，侯珊珊，郝向阳.高温固相反应法制备碱土金属离子掺杂锆磷酸盐粉体的研究.中国粉体技术.2009，15，89-92)，制得磷酸镁锆，该文献使用的是传统的高温固相反应法制备的磷酸镁锆，在1150℃下合成的粉体主要物相是磷酸镁锆，但合成温度高和存在少量的ZrP₂O₇中间产物，未得到纯相的磷酸镁锆电解质粉体。

综上所述，现有的磷酸镁锆电解质材料的合成方法多为溶胶凝胶法和化学沉淀法，其操作工艺复杂。此外，高温固相反应法合成温度较高，且产物含有ZrP₂O₇杂质，很难得到纯相的磷酸镁锆电解质粉体。

发明内容

本发明旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、环境友好和能耗低的磷酸镁锆电解质粉体的制备方法，用该方法制备的磷酸镁锆电解质粉体为纯相材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以2～18wt％的镁盐、27～37wt％的磷酸二氢铵和51～66wt％的氧氯化锆为原料，将所述原料置入球磨罐中，以丙酮溶液为介质，湿混6～48h，得到湿混料；将所述湿混料在150～250℃条件下干燥12～48h，于600～1000℃条件下煅烧2～10h，制得磷酸镁锆电解质粉体。

所述镁盐为氢氧化镁、碳酸镁和碱式碳酸镁中的一种以上，所述镁盐的纯度≥99％；镁盐的粒度为0.1～10μm。

所述磷酸二氢铵的纯度≥99％；磷酸二氢铵的粒度为1～4mm。

所述氧氯化锆的纯度≥99％；氧氯化锆的粒度为0.1～10μm。