[发明专利]一种锶、钆、锌、铝共掺杂的立方相石榴石型固态电解质材料及其合成方法

权利要求书

1.一种锶、钆、锌、铝共掺杂的立方相石榴石型固态电解质材料，所述固态电解质材料的基体相为Li₇La₃Zr₂O₁₂，其特征在于，采用Sr、Gd元素取代Li₇La₃Zr₂O₁₂中的部分La元素，采用Zn、Al取代Li₇La₃Zr₂O₁₂中的部分Zr元素，掺杂后固态电解质材料的化学计量式为Li_7+x+2m+nLa_3-x-ySr_xGd_yZr_2-m-nZn_mAl_nO₁₂，其中0.2≤x≤0.4，0.1≤y≤0.2，0.1≤m≤0.2，0.2≤n≤0.3。

2.一种权利要求1所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述合成方法为反相微乳液-水热法，具体包括以下步骤：

(1)金属盐混合溶液的配置：按照固态电解质材料Li_7+x+2m+nLa_3-x-ySr_xGd_yZr_2-m-nZn_mAl_nO₁₂中元素的化学计量比将La源、Sr源、Gd源、Zr源、Zn源、Al源的化合物溶解于去离子水中，得到浓度为0.1～1mol/L的金属盐混合溶液；

(2)微乳液的配置：将表面活性剂、助表面活性剂、油相、去离子水按1:(4～5):(6～7):(3～4)的质量比例混合均匀得到微乳液，再将步骤(1)中相应化学计量比的Li源化合物和浓氨水溶解于微乳液中，其中，Li源化合物与浓氨水的质量比为1:(5～10)，得到油包水型反相微乳液；

(3)制备纳米粒子微乳液：将金属盐混合溶液以1～2mL/min的速率滴入反相微乳液中，同时以600～900rpm的转速搅拌1～3h，得到纳米粒子微乳液；

(4)制备前驱体：将纳米粒子微乳液倒入密闭反应釜中，经120～140℃水热处理12～20h，然后于70～90℃真空干燥10～16h，得到前驱体；

(5)预烧：将前驱体产物于400～550℃预烧3～6h，研磨后得到均匀的预烧粉料；

(6)成型：将预烧粉料在250～400MPa压力条件下压制成圆形薄片；

(7)烧成：将薄片在850～1050℃煅烧12～24h得到固态电解质材料。

3.根据权利要求2所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述La源化合物选自硝酸镧、乙酸镧中的至少一种，Zr源化合物选自硝酸锆、乙酸锆中的至少一种，Li源化合物为一水氢氧化锂。

4.根据权利要求3所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，Sr源化合物选自硝酸锶、乙酸锶中的至少一种，Gd源化合物选自硝酸钆、乙酸钆中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，Zn源化合物选自硝酸锌、乙酸锌中的至少一种，Al源化合物为硝酸铝。

6.根据权利要求5所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中的浓氨水的含氨量为25wt.％，密度为0.91g/mL。

7.根据权利要求6所述的固态电解质材料的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述表面活性剂为司盘60、司盘80、单硬脂酸甘油脂、聚乙二醇4000中的至少两种，所述助表面活性剂为乙醇、异丙醇、正丙醇中的至少一种，所述油相为正庚烷、正已烷中的至少一种。