[发明专利]一种高熵石榴石固态电解质陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高熵石榴石固态电解质陶瓷及其制备方法和应用，涉及先进陶瓷和能源储能技术领域。本发明提供的高熵石榴石固态电解质陶瓷，化学式为Lisubgt;6.2/subgt;Lasubgt;3/subgt;(Zrsubgt;0.2/subgt;Hfsubgt;0.2/subgt;Tisubgt;0.2/subgt;Nbsubgt;0.2/subgt;Tasubgt;0.2/subgt;)subgt;2/subgt;Osubgt;12/subgt;。本发明提供的高熵石榴石固态电解质陶瓷具有优异的空气稳定性，能够提高固态电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及先进陶瓷和能源储能技术领域，具体涉及一种高熵石榴石固态电解质陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、高工作电压和长循环寿命，广泛应用于各种电子设备和移动通信领域。目前市场流通的锂电池通常使用液体电解质，液体电解液具有较高的锂离子电导率，但存在充电过充或短路、易泄漏、腐蚀、高温分解等安全问题，可能导致火灾或爆炸，使其具有安全隐患。近年来，随着电动汽车等领域的快速发展，对锂电池的续航和安全性能提出了更高的要求，固态电池有着高能量密度和高安全性能的特点成为了研究的热点。固态电池的性能依赖于固态电解质的发展，目前石榴石型固态电解质因其高的离子电导率、宽电化学窗口和与阳极良好的相容性被认为是最有潜力的固态电解质之一。但石榴石电解质最大的短板是空气稳定性差，容易和空气反应生成碳酸锂，增大阻抗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵石榴石固态电解质陶瓷及其制备方法和应用，本发明提供的高熵石榴石固态电解质陶瓷具有优异的空气稳定性，能够提高固态电池的循环稳定性和倍率性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高熵石榴石固态电解质陶瓷，化学式为Li_6.2La₃(Zr_0.2Hf_0.2Ti_0.2Nb_0.2Ta_0.2)₂O₁₂。

优选地，所述高熵石榴石固态电解质陶瓷的离子电导率为1×10^-4～1.42×10^-4S/cm。

优选地，所述高熵石榴石固态电解质陶瓷的相对密度为90～96％。

本发明提供了上述技术方案所述高熵石榴石固态电解质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

将锂源、镧源、锆源、铪源、钽源、钛源和铌源进行球磨，得到高熵石榴石前驱体粉末；

将所述高熵石榴石前驱体粉末进行煅烧，得到高熵石榴石电解质粉体；

将所述高熵石榴石电解质粉体和粘结剂混合，进行成型，得到高熵石榴石电解质素坯；

将所述高熵石榴石电解质素坯进行烧结，得到高熵石榴石固态电解质陶瓷。

优选地，所述球磨为湿磨。

优选地，所述煅烧的温度为750～900℃，保温时间为5～12h。

优选地，所述成型的压力为4～8MPa，所述成型的温度为室温，保温保压的时间为1～3min。

优选地，所述烧结的温度为1200～1250℃，保温时间为30min～5h。

优选地，由室温升温至所述烧结的温度的升温速率为2～10℃/min。

本发明提供了上述技术方案所述高熵石榴石固态电解质陶瓷或上述技术方案所述制备方法制备得到的高熵石榴石固态电解质陶瓷在固态电池中的应用。