[发明专利]一种固态电解质材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种固态电解质材料，为NASICON结构，分子式为Li_1‑XAl_XTi_2‑X(PO₄)₃，其中X为0.1～0.6。本发明还公开所述固态电解质材料的制备方法，其包括的步骤是：将含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、含磷化合物和络合剂分散在超纯水中得到无色澄清溶液；将上述溶液在70～90℃下水浴加热2～5h得到白色溶胶，溶胶在80～140℃下鼓风干燥3～6h得到凝胶；把上述凝胶在干燥的空气气氛中经成型烧结，得到固态电解质材料，将固态电解质材料球磨。本发明加入了廉价易得的络合剂可以使不同的组分之间达到分子级的混合。此外，后期络合剂的去除通过煅烧处理即，不需要使用有机溶剂。本发明制备工艺简单、合成温度较低、易于在工业上实施，并且制备得到的制备得到的磷酸钛铝锂材料纯度高、致密度好、离子电导率高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池固态电解质材料领域，具体涉及一种固态电解质材料及其制备方法。

背景技术

由于目前商业化使用的锂离子二次电池主要是采用有机溶剂电解质，存在漏液、燃烧等安全隐患。另外，这类电解质的制造过程中用到的有机溶剂的回收过程也大大增加了电池的制作成本。固态电解质磷酸钛铝锂材料高温煅烧法制备时所需温度在1500℃以上，需要消耗能源较高；而通过溶胶-凝胶法制备时，存在原料混合不均匀，制备的样品存在瑕疵。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中锂离子电池有机液体电解质存在安全隐患；固态电解质磷酸钛铝锂高温煅烧法制备能耗过高，溶胶-凝胶法制备时元素分布不均匀等不足，提供一种固态电解质材料，其具有优良的热力学稳定性和电化学性能。

本发明另一目的是提供所述固态电解质材料的制备方法，与传统的制备方法相比，具有煅烧温度低、元素分布均匀、能耗较小等优点。

为达到上述目的，本发明是这样实现的：一种固态电解质材料，为NASICON结构，分子式为Li_1-XAl_XTi_2-X(PO₄)₃，其中X为0.1～0.6。

优选的，固态电解质材料的分子式为Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃，其中Li、Al、Ti、P的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3。

所述固态电解质材料的制备方法，包括的步骤如下：

a、原料的准备：按Li、Al、Ti、P和络合剂的摩尔比为1.5:0.5:1.5:3:3称取含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、含磷化合物和络合剂；

b、混合处理：将含锂化合物、含铝化合物、含钛化合物、络合剂和含磷化合物分散在超纯水中得到无色澄清溶液；

c、高温焙烧处理：将上述溶液在70～90℃下水浴加热2～5h得到白色溶胶，溶胶在80～140℃下鼓风干燥3～6h得到凝胶；

d、球磨处理：把上述凝胶在干燥的空气气氛中经成型烧结，得到固态电解质材料，按球料质量比5:1在行星式球磨机上将上述物料球磨。

所述含钛化合物为二氧化钛、四氯化钛、钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、甲氧基钛、丙氧基钛中的一种或两种以上组合。优选为钛酸四乙酯。

所述络合剂为草酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸中的一种或两种以上组合。

所述含锂化合物为碳酸锂、硝酸锂、草酸锂、醋酸锂中的一种或两种以上的组合。优选为碳酸锂。

所述含铝化合物为硝酸铝、三氯化铝、草酸铝、碳酸铝、柠檬酸铝中的一种或两种以上组合。优选为碳酸铝。