[发明专利]传导锂离子的石榴石型化合物

权利要求书

1.具有下列化学通式的石榴石型晶体结构的化合物：

其中A、A'和A表示所述石榴石型晶体结构的十二面体位置，其中

A   表示选自La、Y、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb的至少一种元素，

A'  表示选自Ca、Sr和Ba的至少一种元素，

A  表示选自Na和K的至少一种元素，

0≤a'＜2 和

0≤a＜1，

其中B、B'和B表示所述石榴石型晶体结构的八面体位置，其中

B   表示选自Zr、Hf和Sn的至少一种元素，

B'  表示选自Ta、Nb、Sb和Bi的至少一种元素，

B  表示选自Te、W和Mo的至少一种元素，

0≤b'≤2 和

0≤b≤2，

其中C'和C表示所述石榴石型晶体结构的四面体位置，其中

C'  表示选自Al和Ga的至少一种元素，

C  表示选自Si和Ge的至少一种元素，

0≤c'≤0.5 和

0≤c≤0.4，和

其中n = 7 + a'+ 2·a- b'- 2·b- 3·c'- 4·c和5.5≤n≤6.875，

其中当b'=2时，6.0＜n＜6.875或5.5≤n≤6.875和c'+c＞0，和

其中当B'为Nb时，6.0＜n＜6.4或5.5≤n≤6.875和c'+c＞0和/或a'+a＞0。

2.根据权利要求1的化合物，其中5.9≤n≤6.6、尤其6.0＜n＜6.5。

3.根据权利要求1或2的化合物，其中B'表示Ta或表示Ta和选自Nb、Sb和Bi的至少一种元素，和/或其中b'+b＞0。

4.根据权利要求1至3之一的化合物，其中C'表示Al和/或C表示Si，和/或其中c'+c＞0。

5.根据权利要求1至4之一的化合物，其中a'+a＞0。

6.根据权利要求1至5之一的化合物，其具有下列化学通式的石榴石型晶体结构：

其中La和A'表示所述石榴石型晶体结构的十二面体位置，其中

A' 表示选自Ca、Sr和Ba的至少一种元素，和

0＜a'＜2，

其中Zr和B'表示所述石榴石型晶体结构的八面体位置，其中

B' 表示选自Ta、Nb、Sb和Bi的至少一种元素，和

0＜b'≤2，和

其中Al和Si表示所述石榴石型晶体结构的四面体位置，其中

0≤c'≤0.5

0≤c≤0.4，和

c'+c＞0、尤其c'＞0和/或c＞0，和

其中n = 7 + a'+ 2·a- b'- 2·b- 3·c'- 4·c和5.5≤n≤6.875、尤其5.9≤n≤6.6、例如6.0＜n＜6.5。

7.根据权利要求1至6之一的化合物，其中

其中C'和C、尤其Al和/或Si表示所述石榴石型晶体结构的四面体位置24d，和/或

其中B、B'和B、尤其Zr和B'表示所述石榴石型晶体结构的八面体位置16a，和/或

其中A、A'和A、尤其A'表示所述石榴石型晶体结构的十二面体位置24c。

8.锂离子传导体，特别是传导锂离子的固体电解质，其包含根据权利要求1至7之一的化合物。

9.原电池，特别是电池，其包含根据权利要求1至7之一的化合物或根据权利要求8的锂离子传导体。

10.根据权利要求9的原电池，其中所述原电池是锂-硫-电池、锂-氧-电池或锂-离子-电池。

11.根据权利要求9或10的原电池，其中所述原电池包含根据权利要求1至7之一的化合物或根据权利要求8的锂离子传导体作为传导锂离子的固体电解质，特别是用于隔离阴极和阳极。

12.制备特别是根据权利要求1至10之一的具有石榴石型晶体结构的化合物的方法，其包括下列的方法步骤：

a） 提供粉末混合物，其包含下列物质、特别是由下列物质组成：

-    至少一种锂化合物，

和

-    选自La、Y、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb的元素的至少一种化合物，和

-    选自Zr、Hf、Sn、Ta、Nb、Sb、Bi、Te、W和Mo的元素的至少一种化合物，和/或

-    任选选自Al、Ga、Si和Ge的元素的至少一种化合物和/或

-    任选选自Ca、Sr、Ba、Na和K的元素的至少一种化合物，

其中所述粉末混合物以如下选择的化学计量的量具有不同于锂的元素的化合物，即使得待形成的具有石榴石型晶体结构的化合物的锂含量在5.5≤n≤6.875、例如5.9≤n≤6.6、尤其6.0≤n≤6.5的范围；

b） 在≥600℃至≤1000℃、尤其≥850℃至≤950℃的温度范围煅烧所述粉末混合物，

c） 任选将所述粉末混合物压制成成型体，特别是在单轴压力和等静压力下，

d） 在≥900℃至≤1250℃、尤其≥1100℃至≤1200℃的温度范围烧结所述粉末混合物或所述成型体。