[发明专利]界面改性锂镧锆氧的方法及应用、制备方法和固态锂电池

说明书

本发明公开了一种界面改性锂镧锆氧的方法及应用、制备方法和固态锂电池，其中，界面改性锂镧锆氧的方法包括：以金属有机化合物为原料，在包含有含氧气体的气氛下，通过原子层沉积的方法在锂镧锆氧的表面沉积生成金属氧化物，得到界面改性锂镧锆氧粉体；其中，锂镧锆氧的化学式为Li_aLa₃Zr_2‑x‑yTa_xNb_yO₁₂，其中，6≦a≦7，0≦x≦0.6，0≦y≦0.5；金属有机化合物的化学式表示为M(CH₄)₃或M(N(CH₃)₂)₄，其中，M代表金属。本发明的方法以金属有机化合物作为原子沉积的金属氧化物前驱体，发生原子沉积反应的温度低、能耗小，一步法得到界面改性锂镧锆氧材料，避免了现有技术中溶胶凝胶法的涉及液相至固相的多步骤的工艺方法，具有工业应用价值。

技术领域

本发关于电池领域，涉及其中的固态电解质，更具体地，涉及一种界面改性锂镧锆氧的方法及应用、制备方法和固态锂电池。

背景技术

21世纪以来，随着新能源技术的进步，使得锂电池行业得到了快速的发展，而现阶段锂电池应用的电解质为有机成分的液态电解质，在高温下不稳定，并且具有可燃性，对电池造成极大的安全系隐患，所以下一代锂电池会是使用固态电解质的固态锂电池，来提高锂电池的安全性和稳定性。

锂镧锆氧(LLZO)由于具有接近5V的电化学窗口，接近1mS cm^-1锂离子传导率，并且化学性质相对稳定，是适用于下一代固态锂电池的固态电解质材料之一。由于通过烧结制备的LLZO粉体表面结构具有缺陷，并且由于材料表面含有锂离子容易导致锂离子和空气中水分产生锂离子和氢离子的交换，使得氢离子扩散如LLZO晶体内部，表面锂离子与水和二氧化碳反应生成碳酸锂，使得材料性能产生下降。为了解决这一技术问题，专利CN110176628A，公开了一种溶胶凝胶法包覆锂镧锆氧基固体电解质粉体材料，以得到的粉体材料压制得到稳定性较佳的固体电解质材料。

发明内容

本发明针对LLZO材质表面不稳定的技术问题，提供另一种界面改性锂镧锆氧的方法，采用原子沉积的技术方案，包括：以金属有机化合物为原料，在含氧气体的气氛下，通过原子层沉积的方法在锂镧锆氧的表面沉积生成金属氧化物，得到界面改性锂镧锆氧粉体；其中，所述锂镧锆氧的化学式为Li_aLa₃Zr_2-x-yTa_xNb_yO₁₂，其中，6≦a≦7，0≦x≦0.6，0≦y≦0.5；所述金属有机化合物的化学式表示为M(CH₄)₃或M(N(CH₃)₂)₄，其中，M代表金属。

在一些实施方式中，上述M为Al、Ti或Sn中的一种或多种；和/或，所述含氧气体选自H₂O、O₂或O₃中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述原料还包括金属锂有机化合物；优选的，所述金属锂有机化合物选自叔丁醇锂或正丁基锂。

在一些实施方式中，上述述原子层沉积的反应温度介于60℃至200℃。

在一些实施方式中，上述金属氧化物选自Al₂O₃、LiAlO₂、TiO₂或SnO₂中的一种或多种。

在一些实施方式中，上述沉积的金属氧化物沉积的厚度介于1nm至20nm。

在一些实施方式中，上述的方法中用于沉积的锂镧锆氧的平均粒径介于20nm至50μm。