[发明专利]一种多掺杂的石榴石型固体电解质材料及其制备方法

说明书

本发明属于固体电解质的技术领域，公开了一种多掺杂的石榴石型固体电解质材料及其制备方法。所述多掺杂的石榴石型固体电解质材料的组成为A‑Li_7‑bXLa₃Zr_2‑xM_xO₁₂，其中M为Te、Ta、Ti、Nb、Ge、Ga、Gd、Bi中的一种以上，0.1≤x≤1.5，b的数值随M的价态变化，A为氧化铝、硝酸铝、碳酸铝、ZnO、MgO中的一种或几种。本发明还公开了固体电解质材料的制备方法。本发明采用多掺杂的方式，降低了烧结温度，减少了能耗，所获得的石榴石型固体电解质材料具有较好的电化学性能。

技术领域

本发明属于固体电解质材料领域，具体涉及一种多掺杂的石榴石型固体电解质材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的更新换代，电子设备集成化、简约化，还有电动汽车、智能电网等领域对电池的要求日益提高，锂离子电池、锂空电池、锂硫电池以及燃料电池等等，引起了国内外的研究热潮。目前应用最广泛的是锂离子电池，锂离子电池具有能量密度和功率密度较高的优点，但传统的锂离子电池使用的是有机液态电解质，容易引发漏液、燃烧、爆炸等安全问题。另外，金属锂在反复充放电的过程中，易出现粉化、锂枝晶生长等问题，导致其循环性能差，寿命短，而且锂枝晶生长还可能会穿破SEI膜造成电池短路甚至引发火灾，这些安全问题制约了其在电动汽车、航空航天和武器装备等领域的大规模应用。因此，全固态锂二次电池应运而生，固态电池企业在国内外纷纷涌现，它成为了最具潜力的替代现有高能量密度锂离子电池的候选技术。

全固态锂二次电池的核心在于用固态电解质替代液体电解质和隔膜，这样不仅可以简化锂离子电池结构设计，更能有效避免电解液泄露及其暴露在空气中易燃的隐患。

固态电解质主要分为有机聚合物电解质和无机陶瓷电解质。聚合物电解质易于加工，可用于柔性电池设计，经过多年的发展，凝胶聚合物电解质已经成功应用于商业锂离子电池中。而无机陶瓷电解质在近十年成为研究的热点，陶瓷电解质外形尺寸稳定、可以阻止锂枝晶的形成，在高温等特殊环境下具有更优的安全稳定性。陶瓷化合物固体电解质中离子的传输主要通过离子点缺陷的移动来实现，具有很高的离子电导率。但目前此类固态电解质的制备条件比较苛刻，通常需要在1200℃以上的高温条件下进行烧结。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种多掺杂的石榴石型固体电解质材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种多掺杂的石榴石型固体电解质材料，其组成为A-Li_7-bXLa₃Zr_2-xM_xO₁₂，其中M为Te、Ta、Ti、Nb、Ge、Ga、Gd、Bi中的一种以上，0.1≤x≤1.5，b的数值随M的价态变化，A为氧化铝(Al₂O₃)、含结晶水或不含结晶水的硝酸铝(Al(NO₃)₃、Al(NO₃)₃·9H₂O)、碳酸铝(Al₂(CO₃)₃)、ZnO、MgO中的一种或几种。

M价态记为y，则组成中b，x满足以下条件：(7-bx)+3*3+4*(2-x)+y*x+(-2)*12＝0即(y-b-4)*x＝0。