[发明专利]Li电池的固体电解质以及其制备方法

权利要求书

1.用于制备纯的或取代的磷酸钛锂的方法，所述磷酸钛锂具有一般组成Li_1+x+yM_xTi_2-x(PO₄)_3-y(SiO₄)_y, 并且M=Al、Ga、In、Sc、V、Cr、Mn、Co、Fe、Y、La-Lu，和0≤x≤0.5以及0≤y≤0.5，

其中所述制备经溶胶-凝胶法完成，其中首先由原料产生溶胶，该溶胶转化成凝胶，并且通过干燥凝胶获得相应的包含纯的或取代的磷酸钛锂的粉末，

所述方法的特征在于，

在制备方法的分步骤中

- 在水中加入四异丙氧基钛，其中形成钛氢氧化物-氧化物的沉淀，

- 将体系冷却至10 °C以下的温度，

- 所述沉淀通过添加硝酸又溶解，其中形成TiO²⁺的硝酸盐水溶液，

- 向TiO²⁺的硝酸盐水溶液添加多元羧酸，由此在室温下也形成稳定的TiO²⁺的硝酸盐水溶液，

- 提供锂盐或氢氧化锂的水溶液和根据取代提供M盐或M氢氧化物的水溶液，其中M=Al、Ga、In、Sc、V、Cr、Mn、Co、Fe、Y、La-Lu，

- 根据期望的化学计量将锂盐或氢氧化锂的水溶液和M盐或M氢氧化物的水溶液与TiO²⁺的硝酸盐水溶液混合，

- 将该水性混合物冷却至0-10°C，之后向其添加磷酸和/或磷酸盐，由此形成溶胶，和

- 所述溶胶随后连续转化为凝胶。

2.根据权利要求1的方法，其中所述多元酸为柠檬酸、富马酸或酒石酸。

3.根据权利要求1或2的方法，其中使用以硝酸锂、醋酸锂或碳酸锂的形式的锂盐。

4.根据权利要求1或2的方法，其中使用以硝酸盐、醋酸盐或碳酸盐的形式的M盐。

5.根据权利要求1或2的方法，其中添加NH₄H₂PO₄作为磷酸盐。

6.根据权利要求1或2的方法，其中在添加磷酸和/或磷酸盐之前，向水性体系添加可溶性硅酸盐、原硅酸或原硅酸的烷基酯。

7.根据权利要求1或2的方法，其中溶胶转变为凝胶通过将溶胶温热至室温连续进行。

8.根据权利要求1或2的方法，其中纯的或取代的磷酸钛锂在室温下在介于50 和200MPa之间的压力下压缩，和随后在介于820和1050 °C之间的温度下无压烧结。

9.具有一般组成Li_1+x+yM_xTi_2-x(PO₄)_3-y(SiO₄)_y的纯的或取代的磷酸钛锂，其中M=Al、Ga、In、Sc、V、Cr、Mn、Co、Fe、Y、La-Lu，并且0 ≤ x ≤ 0.5和0 ≤ y ≤ 0.5，其根据权利要求1至7中任一项的方法制备。

10.根据权利要求9的纯的或取代的磷酸钛锂，其具有超过99%的理论密度的密度。

11.用于Li电池或Li/空气电池的固体电解质，其特征在于，所述固体电解质具有一般组成为Li_1+x+yM_xTi_2-x(PO₄)_3-y(SiO₄)_y的纯的或取代的磷酸钛锂，其中M=Al、Ga、In、Sc、V、Cr、Mn、Co、Fe、Y、La-Lu，并且0 ≤ x ≤ 0.5和0 ≤ y ≤ 0.5，并且根据权利要求1至7中任一项的方法制备。

12.根据权利要求11的固体电解质，其包含Li_1.5Al_0.5Ti_1.5(PO₄)₃、Li_1.4Y_0.4Ti_1.6(PO₄)₃、Li_1.3La_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li₂Sc_0.5Ti_1.5(PO₄)_2.5(SiO₄)_0.5或Li_1.8Al_0.4Ti_1.6(PO₄)_2.6(SiO₄)_0.4。