[发明专利]一种水分散性功能陶瓷墨水及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种水分散性功能陶瓷墨水，是将Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体混合物分散在聚丙烯酰胺水溶液分散介质中得到的，黏度3～5mPa·s、表面张力55～65mN/m的Li₇La₃Zr₂O₁₂陶瓷墨水，其中Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体混合物由Li₇La₃Zr₂O₁₂粉体96～98重量份、丙烯酸树酯粘结剂0.6～1.9重量份、醇类分散助剂0.6～1.9重量份混合得到。本发明的水分散性功能陶瓷墨水具有优异的稳定性，可用于制备Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质薄膜。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料制备技术领域，涉及一种水分散性的陶瓷墨水，特别是一种用于制备固态电解质薄膜的陶瓷墨水。

背景技术

目前的锂离子电池中主要采用有机电解液，在电池被滥用、过热或内部短路时，很容易导致热失控，从而起火甚至爆炸。

采用固态电解质代替液态有机电解液装配固态锂电池，有望从本质上解决现有液态锂离子电池的安全性问题。同时，基于固态电解质在高真空条件下的不挥发特性，以其制备的全固态电池在航天领域具有潜在的应用价值。

常见的固态电解质分为聚合物类固态电解质和无机固态电解质两类。相对而言，聚合物电解质的使用温度范围窄、离子导电率低，而基于玻璃或陶瓷的无机固态电解质使用温度范围宽，更适合在苛刻的条件下使用。尤其是石榴石型固态电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO，锂-镧-锆-氧)，具有环境稳定性好，电化学窗口宽(可达6V)，对电极材料稳定等特点，是进行新型固态锂电池开发的最佳选择之一，具有重要的应用价值。

目前，基于无机固态电解质的全固态锂离子电池装配中均采用模压成型法制备固态电解质薄片，再经烧结、粘结、再烧结等系列工艺进行固态电池的组装。但采用该工艺制备的电解质薄片存在厚度大、有效接触面小、阻抗大的缺陷，同时较厚的电解质薄片也不利于提高电解质与电极材料的结合力。

虽然有文献报道采用抛磨的方法可以制得厚度约为250µm的电解质薄片，但依然存在抛磨工艺复杂，试样破损率高，不利于规模化应用的问题。

而利用3D打印、喷涂、浸涂、旋涂等工艺技术，都可以通过逐层叠加的方式进行增材制备以获得薄膜，并实现薄膜材料厚度的调控，特别适合于固态电解质薄膜化快速成型制备，且更容易实现规模化，产品的一致性也能够得到保证。

因此，针对固态电解质模压成型应用中存在的不易薄膜化、阻抗大的缺陷，可以考虑利用固态电解质制备一种陶瓷墨水，应用于固态电解质的薄膜化制备。

虽然现有文献中已经有关于各类陶瓷墨水制备的报道，但是主要集中于装饰陶瓷领域，在光、电、磁等功能陶瓷领域鲜见报道。鉴于材料性质的差异，利用固态电解质制备陶瓷墨水的技术还不成熟。

CN 11234605A报道了一种应用于光催化领域的陶瓷墨水的制备方法，CN109749516A报道了一种光致变色陶瓷墨水的制备方法。这些专利均未涉及陶瓷墨水的理化性质和成膜特性，关于固态电解质制备用陶瓷墨水尚未见到公开文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种分散性稳定的水分散性功能陶瓷墨水，以实现Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质的薄膜化。