[发明专利]一种Al掺杂片状LLZO复合固态电解质及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，所述复合固态电解质由Al离子、LLZO固态电解质、聚合物基底和锂盐组成，其中，所述Al掺杂在片状结构的LLZO固态电解质中，所述LLZO固态电解质分散在聚合物基底中；

制备方法包括以下步骤：

(1)在乙醇和去离子水的混合溶液中加入金属阳离子Li⁺、La³⁺、Zr⁴⁺和Al³⁺，得混合液A；

(2)向步骤(1)中的混合液A中加入柠檬酸，搅拌均匀，然后加入乙二醇，继续搅拌均匀后加入氧化石墨烯并搅拌，得混合液B；

(3)将步骤(2)中的混合液B置于加热搅拌器上，加热搅拌至液体完全蒸发，得到片状LLZO前驱体粉末；

(4)将步骤(3)中的片状LLZO前驱体粉末进行煅烧，得到Al掺杂的片状的LLZO，备用；

(5)在保护气氛中将聚合物电解质和锂盐有机溶剂中进行溶解，然后继续加入步骤(4)的Al掺杂的片状LLZO，得到混合液C；

(6)待步骤(5)中混合液C中的溶剂挥发后，将得到的产物进行烘干，然后在保护气氛下晾干，得到Al掺杂的片状LLZO复合固态电解质；

步骤(2)中，所述柠檬酸与金属阳离子Li⁺、La³⁺、Zr⁴⁺、Al³⁺之和的摩尔比为2:1，所述乙二醇与柠檬酸摩尔比为1:1；

所述Al的化学计量比为0.2-0.35；

步骤(2)中，所述加入氧化石墨烯的搅拌时间为8-14h；

步骤(4)中，所述煅烧条件为：在700-800℃保温2-8h。

2.如权利要求1所述的Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物基底选自聚偏二氟乙烯、PEO中的任意一种。

3.如权利要求1所述的Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，所述LLZO固态电解质的含量为复合固态电解质总质量的10-50％。

4.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(1)中，所述Li⁺、La³⁺、Zr⁴⁺和Al³⁺为对应离子的水溶性无机盐。

5.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(1)中，Li⁺、La³⁺、Zr⁴⁺和Al³⁺对应离子的水溶性无机盐分别为硝酸锂、硝酸镧、硝酸氧锆、硝酸铝。

6.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(1)中，还可以用乙酰丙酮代替硝酸氧锆。

7.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(5)中，所述聚合物电解质选自聚偏二氟乙烯、PEO中的任意一种。

8.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(5)中，所述锂盐为LiTFSI或LiClO₄。

9.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(5)中，所述聚合物电解质和锂盐中锂的摩尔比为6-10:1。

10.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(5)中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、乙腈，DMF中的任意一种。

11.如权利要求1所述Al掺杂片状LLZO复合固态电解质，其特征在于，步骤(6)中，所述烘干的温度为50-70℃，时间为10-12h。