[发明专利]一种磷酸盐快离子导体材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磷酸盐快离子导体材料、制备方法及应用，属于电化学的技术领域。所述材料为LiTi₂(PO₄)₃体系陶瓷材料，其化学通式为Li_1+x+y+zAl_xTi_2‑xSi_yP_3‑yO_12+z/2；式中，0＜x≤0.6，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2。本发明采用固相反应法，调控组分及具体的工艺参数可以提升该体系固体电解质材料的核心性能参数即离子电导率，且可以达到同其它工艺方法所得离子电导率相当的数值。获得的LiTi₂(PO₄)₃体系陶瓷主晶相和AlPO₄晶体的最强峰强度比值位于12~45时，同组分的LiTi₂(PO₄)₃体系陶瓷具有更高的离子电导率。

技术领域

本发明属于电化学的技术领域，特别涉及一种磷酸盐快离子导体材料、制备方法及应用。

背景技术

磷酸钛锂(LiTi₂P₃O₁₂)体系的固体电解质材料具备NASICON(Na Super IonicCONductor：Na₃Zr₂Si₂PO₁₂)晶体结构，是一种Li离子能够在其晶体中具备三维扩散路径的晶体。

作为固态锂电池中的关键材料，固体电解质离子电导率的提升一直是科学和工程中一直需要面对和解决的问题NASICON类型材料LiTi₂(PO₄)₃是一种离子电导率较高的氧化物体系磷酸盐固体电解质材料，其结构是由PO₄四面体和TiO₆八面体共用顶角组成，Li⁺在骨架间隙中通过缺陷跃迁传输。通过如Al³⁺、Si⁴⁺等低价离子取代Ti、P位，可增加可迁移锂离子数量，改变锂离子传输通道半径，提高离子电导率。

目前对LiTi₂(PO₄)₃体系陶瓷的制备主要集中在3个方面，第一种是先将原材料制备为玻璃，然后通过玻璃的晶化制备玻璃陶瓷材料；第二种是通过湿化学法或者高能球磨法制备其前驱粉体，而后通过热处理获得活性较高的陶瓷粉体材料；第三种是固相反应法，通过后处理如砂磨等来提升固体电解质材料的活性。第一种方法涉及到熔融-晶化的步骤，不仅制备工艺复杂且能耗较大，对设备的自动化程度要求也高；第二种方法制备的粉体活性高，但成本较高，大规模商业推广存在一定的难度；第三种方法较为简单，易于推广，问题的焦点在于固相反应法可能存在局部不均匀且制备的粉体材料活性不足。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种磷酸盐快离子导体材料及其制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种制备磷酸盐快离子导体材料的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、将Li源、Al源、P源、Si源和Ti源按Li_1+x+y+zAl_xTi_2-xSi_yP_3-yO_12+z/2化学计量比配料后混合，其中0＜x≤0.6，0≤y≤0.2，0≤z≤0.2；

步骤二、将步骤一中的原料混合物装入混料设备中，加入弥散剂进行混合或球磨，混合均匀，完成后将混合物进行干燥处理；

步骤三、将烘干后的混合物放入加热设备中进行热处理，在500～700℃下热处理1～10h，得到预烧粉体；

步骤四、将预烧粉体进行破碎处理，处理完成后再次混合均匀；