[发明专利]含氟石榴石结构锂离子氧化物陶瓷

说明书

本发明涉及含氟石榴石结构锂离子氧化物陶瓷。本发明提出了一种具有石榴石晶体结构的锂镧锆氧化物（LLZO），其含氟量可达40mol%。氟可以是含锂化合物，如氟化锂的形式存在，它可作为烧结助剂，同时促进立方相石榴石的形成。烧结的氧化物可以是致密的陶瓷，它包含大量分散开的闭气孔。包含该氧化物的固体电解质膜可具有至少1×10^‑4S/cm的离子电导率。

技术领域

本发明一般涉及离子导电陶瓷，更具体地涉及含氟的石榴石结构锂离子导体氧化物及其制备方法。

背景技术

固体电解质又称为快离子导体，广泛用在储能装置中，如固体氧化物燃料电池和锂离子电池。离子可以在固体电解质中迁移，而不需要液体或者分隔电极的软质膜。例如，在锂离子电池中，锂离子在放电过程中可以通过固体电解质从电池负极迁移至电池正极（充电时则反过来）。固体电解质可以通过不同的机制传导锂离子，如电解质晶格中的空位。固体电解质还可以作为电池中正极和负极之间的气密性阻隔件，防止正负极短路。

获得致密的固体锂离子导电电解质膜对于锂离子电池的发展是十分重要的。通过传统陶瓷工艺路线制备这种膜所面临的挑战是，难以将合适的原料烧结到足够的密度，以形成气密性膜，同时获得必要的导电性和经济价值。

综上所述，开发一种经济的制备技术来形成高质量固体锂离子导电膜是十分重要的。

发明内容简介

根据不同的实施方式，本发明提出了一种阴离子掺杂的石榴石结构锂离子氧化物。示例性含锂的氧化物具有立方石榴石晶体结构，同时氟含量最高可达到40mol%。

该含锂的氧化物的制备方法包括以下步骤：

（1）形成前驱体化合物的混合物；

（2）在一次煅烧温度下煅烧该混合物；

（3）在高于一次煅烧温度的二次煅烧温度下煅烧该混合物；

（4）压实该混合物；

（5）在烧结温度下烧结所得的素坯，

其中该氧化物具有石榴石晶体结构，同时氟含量最高达到40mol%。

所述前驱体化合物包含一种或者多种氟盐作为氟源。示例性盐包括LiF,NaF,KF,MgF2,CaF2或BaF2。

本发明所涉及主题的其他特点和优势将在下面的详细内容描述中陈述，其中部分特点和优势对于本领域的普通技术人员来说通过该描述就容易看出，或者可通过实施本文所述的本发明主题获得了解，所述内容包括下面的详细描述、权利要求书和附图。

应当理解，上面提及的简要描述和后续详细描述介绍了本发明主题的实施方式，目的是为理解要求保护的本发明主题的性质和特征提供综述或框架。包括附图是为了进一步理解本发明主题，其包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图呈现了本发明主题的各种实施方式，并与文字描述一起用来解释本发明主题的原理和操作。此外，附图和文字描述仅仅作为例证，不对权利要求的范围构成任何限制。

附图说明

结合以下附图阅读，可以最好地理解下面对本发明内容的具体实施方式的详细描述，附图中相同的结构用相同的附图标记标注，其中：

图1为实施例1-5的x射线衍射谱图；

图2为实施例1，3和6的x射线衍射谱图；

图3为实施例2和3的室温交流阻抗谱图；

图4为实施例3的阿伦尼乌斯曲线拟合图；

图5为实施例2,3和7的断面SEM显微结构图；