[发明专利]基于低温快速烧结制备Li7La3Zr2O12固体电解质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于低温快速烧结制备Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质材料的方法，属于无机电解质材料领域。

背景技术

由于传统石化资源的巨大消耗导致的资源紧缺、城市空气污染以及全球温室效应，使得开发绿色无污染的可再生能源(如风能、太阳能、潮汐能、地热能)成为关系到人类社会可持续生存和发展亟待解决的问题。

锂离子电池由于其具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，被视为目前最有效的能源存储转化系统，它已经在小型数码电子产品中得到了广泛的应用，在电动汽车、大型静态储能电站、航空航天等领域也具有广泛的应用前景。然而，有关锂离子电池引发的火灾甚至爆炸事故时有发生，引起人们对锂离子电池安全性问题的普遍关注。安全性问题不仅限制了锂离子电池目前的产业发展升级，也限制了未来它在动力和大规模储能领域的应用。

全固态锂离子电池是近期发展起来的新一代锂离子电池，与目前商业化的锂电池相比，具有微型化、安全性能好、便于加工等优点，能有效地消除传统液态电解质锂离子电池易燃、易挥发、电解质易泄露、耐热性能差等安全性问题。因此，全固态锂离子电池可望在微电子器件、微传感器等要求安全性高的领域具有广泛的应用前景。

目前，人们为了获取安全性能较好的全固态锂离子电池，作了一些尝试和努力，早在2003年3月出版的《化学进展》杂志中“锂无机固体电解质”一文曾公开了一种钛酸镧锂及其类似物，这种具有钙钛矿结构的钛酸镧锂及其类似结构的锂无机固体电解质材料还存在诸多不足，如导电率低，仅为10^-5S/cm；电化学稳定性差，当将其与金属锂直接接触时，两者会发生氧化还原反应；特别是其制备条件比较苛刻，必须在1300℃高温下进行烧结，这样高的合成温度造成了锂的大量挥发，并使得其成分不易控制。

石榴石结构固体电解质材料是近年来发展的一种新的固体电解质，如Li₅La₃M₂O₁₂(M＝Nb，Ta，Bi)和Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质等，但Li₅La₃M₂O₁₂固体电解质导电率较低；而Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质在导电率上相对其他石榴石结构固体电解质材料提高了很多，但制备条件比较苛刻，其烧结温度高达1230℃，且烧结时间长达36小时，且在整个烧结过程中造成锂的大量挥发，使其成分不容易控制。迄今为止，尚未见有关Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质材料低温烧结的文献或专利的报道。

发明内容

针对现有技术中的Li₇La₃Zr₂O₁₂锂无机固体电解质材料制备条件比较苛刻，且存在导电率低、电化学稳定性差等缺陷，本发明的目的是在于提供一种低温、快速烧结制备电化学稳定性好、电导率较高的石榴石结构Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质材料的方法。

为了实现本发明的技术目的，本发明提供了一种基于低温快速烧结制备Li₇La₃Zr₂O₁₂固体电解质的方法，该方法是将LiOH、La(NO₃)₃和ZrO₂原料及B₂O₃助剂通过球磨混合均匀后，置于烧结炉中，先升温至700～800℃，进行预烧结，再进一步升温至950～1050℃，进行常压烧结，冷却，即得。